电子科技大学邓旭教授等：通过金属配体配位构建多功能生物粘附粉末

电子科技大学邓旭教授、西南交通大学谢超鸣研究员和四川大学华西医院胡兵教授提出了一种金属配体基生物粘附功能粉末的制备策略，并系统探究了粉末基于聚合物扩散和金属配体动态键重建的湿粘附机制。将粉末通过细管喷洒到内部组织，可修复不规整表面，实现无按压止血。

生物粘附水凝胶的结构类似于人体组织，组织黏附力强，常用于组织修复。大多数生物粘附水凝胶都是预制的，难以实现对复杂创面的修复，主要原因包括：1）湿润组织表面水会阻碍界面键合，难以快速与湿表面建立粘附；2）体积大，难以用于狭窄空间及不规整表面的组织粘附；3）粘接过程中需要按压，可能对创面造成二次损伤。相比于预制及可注射生物粘附水凝胶，粉末具备易输送性以及干粘附机制显示出对狭窄空间下潮湿和不规整目标组织修复的应用前景。然而，现有的基于粉末制备的粘附水凝胶缺乏积极的生物功能。

最近，电子科技大学邓旭教授、西南交通大学谢超鸣研究员和四川大学华西医院胡兵教授在界面传质、生物功能以及临床应用方面进行了深入的交流合作，提出了一种金属配体基生物粘附功能粉末的制备策略。粉末自凝胶和湿粘附依赖于聚合物扩散以及金属离子（Mⁿ⁺）与羧基配体的动态键。如图1，作用到湿的不规整表面的干燥粉末可以吸收表面水，消除粘附屏障，并快速通过静电相互作用与组织表面建立初始粘附。进一步地，凝胶颗粒形成致密的凝胶层，并与目标组织预存在的网络形成互穿，达成强组织粘附。粉末可以通过细管喷洒到内部组织，修复不规整表面，实现无按压止血。

图1. 金属配体基生物粘附粉末的作用机制示意图

在该体系中，粉末原位形成的凝胶在组织上的强粘附依赖于金属配体间动态键重构。如图2a所示，Fe-PAA粉末经水引发可形成致密的水凝胶，实现穿孔韧性聚丙烯酸-海藻酸钠水凝胶的封堵。作者对粉末自凝及组织粘附演化机制进行了探究，图2b-d可见等量无标记和荧光标记的共混粉末制凝胶的荧光显色区域随时间增加，直至全区域显色，表明粉间聚合物发生扩散及键重构，最终形成完整的凝胶网络。同样地，粉末制凝胶和应用基体预存在的网络可形成互穿，实现强粘附（图2e-g）。粉末制凝胶的组织粘附强度（图2h）以及破裂压力随着时间会逐渐增强（图2i），与粉末自凝及组织粘附演化观测结果一致。

图2. 金属配体基粉末的湿粘附

此外，生物体中许多Mⁿ⁺都是以配合物形式存在的，对生命过程起到重要的调控作用。不同Mⁿ⁺可以赋予粉末定制化和特定的生物功能，从而在目标组织原位形成不同生物功能的粘附水凝胶。在这里，作者展示了Ag-PAA凝胶的抗菌能力（图3a），Ce-PAA凝胶的类过氧化物酶（POD）催化性（图3b）及Fe-PAA凝胶的光降解效果（图3c）。

图3. 金属基凝胶的潜在功能应用

综上所述，作者合成了多种基于金属配体配位的生物功能粘附粉末，并系统探究了粉末基于聚合物扩散和金属配体动态键重建的湿粘附机制。该文收录于Science China Chemistry “2022 Emerging Investigator Issue”，博士生郭竣畅为第一作者，邓旭教授和谢超鸣研究员为通讯作者。

详见：Guo J, Hou Y, Ye L, Chen J, Wang H, Yang L, Jiang J, Sun Q, Xie C, Hu B, Cui J, Deng X. Engineering multifunctional bioadhesive powders through dynamic metal-ligand coordination. Sci China Chem, 2022, 65, https://doi.org/10.1007/s11426-022-1345-3

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