現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的理念是要最大限度地減少病人的痛苦，最快速度地讓病人康復(fù)，而且在最大程度的恢復(fù)功能的同時(shí)，希望外觀也能完美的恢復(fù)。臨床需求的不斷增加推動(dòng)了醫(yī)用粘合技術(shù)的發(fā)展。
醫(yī)用粘合劑的使用歷史悠久，但直到近幾十年才得到了迅速的發(fā)展。醫(yī)用粘合劑的種類很多，按其材料性質(zhì)可分為化學(xué)粘合劑和生物粘合劑。按其用途，其粘合作用在人體生物細(xì)胞中涉及以下兒個(gè)方面：(1)細(xì)胞之間的粘合；(2)人體內(nèi)部活性組織與無活性部分的粘合；(3)人體組織與外部物質(zhì)之間的粘合。其具體分類為：軟組織用粘合劑、牙科用粘合劑、骨科粘合劑及皮膚用壓敏膠等。
目前普遍使用的醫(yī)用粘合劑或多或少都存在一些缺點(diǎn)，理想的醫(yī)用粘合劑還沒有問世，所以科學(xué)家們還在努力探索，以期研究出完美的醫(yī)用粘合劑。
在此，奇物論編輯部精選10篇有關(guān)醫(yī)用粘合劑的文章，供大家學(xué)習(xí)交流。
1. Nature：干式雙面膠帶用于粘接濕組織和植入設(shè)備
通過分子間的作用力，如氫鍵、靜電相互作用和范德華相互作用，兩個(gè)干燥的表面可以瞬間附著在一起。然而，當(dāng)涉及到身體組織等濕表面時(shí)，這種瞬間粘附是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樗畬蓚€(gè)表面的分子分開，阻止了相互作用。雖然與縫合或吻合術(shù)相比，組織粘接劑具有潛在的優(yōu)勢，但現(xiàn)有的液體或水凝膠組織粘接劑存在著粘接力弱、生物相容性差、與組織機(jī)械匹配差、粘接形成緩慢等缺陷。近日，美國麻省理工學(xué)院趙選賀研究小組，開發(fā)出一種替代的組織粘合劑，其形式為干式雙面膠帶（DST），由生物聚合物（明膠或殼聚糖）和接枝有N-氫琥珀酰亞胺酯的交聯(lián)聚丙烯酸組成。
本文要點(diǎn)：
1）這種DST的粘附機(jī)制取決于從組織表面去除界面水，從而導(dǎo)致與表面的快速臨時(shí)交聯(lián)。隨后與組織表面上的胺基進(jìn)行共價(jià)交聯(lián)進(jìn)一步改善了DST的粘附穩(wěn)定性和強(qiáng)度。
2）體外小鼠、體內(nèi)大鼠和體外豬模型表明，DST可以在五秒鐘內(nèi)在各種濕動(dòng)態(tài)組織和工程固體之間實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力粘附。DST可用作組織粘合劑和密封劑，以及將可穿戴和可植入設(shè)備粘附到濕組織上。
HyunwooYuk, Claudia E. Varela, Christoph S. Nabzdyk, et al. Dry double-sided tape foradhesion of wet tissues and devices. Nature, 2019.
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1710-5
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1710-5
2. Nature Commun.: 納米晶排排隊(duì)，即達(dá)仿生效果！（點(diǎn)擊查看深度解讀）
受肌腱/韌帶/軟骨和骨骼之間納米結(jié)構(gòu)界面的啟發(fā)，麻省理工學(xué)院趙選賀和華中科技大學(xué)臧劍鋒等人將合成水凝膠的有序納米晶結(jié)構(gòu)域結(jié)合到工程材料上，由此產(chǎn)生抗疲勞的粘合，界面疲勞閾值為800J m?2，這是因?yàn)榕c無定形聚合物鏈相比，界面處的疲勞裂紋擴(kuò)展需要更高的能量來破壞有序的納米結(jié)構(gòu)。
Liu,J.,et al. Fatigue-resistant adhesion of hydrogels. Nat Commun 11, 1071 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-14871-3
3. Science Translational Medicine: 載細(xì)胞工程水凝膠促進(jìn)大鼠顱面骨組織再生
載有細(xì)胞的水凝膠廣泛用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)。但是，這些水凝膠中有許多并未針對在暴露于血液和唾液的口腔環(huán)境中進(jìn)行優(yōu)化。為了解決這些挑戰(zhàn)，加州大學(xué)洛杉磯分校Alireza Moshaverinia和Tara Aghaloo等人設(shè)計(jì)了一種具有可調(diào)機(jī)械性能的海藻酸鈉基粘合劑、光交聯(lián)和骨導(dǎo)電水凝膠生物材料（AdhHG）。
本文要點(diǎn)：
1） 工程水凝膠作為可注射間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）載體應(yīng)用于顱面骨組織工程。小鼠皮下植入證實(shí)了水凝膠的生物降解性、生物相容性和骨傳導(dǎo)性。
2） 在成熟的大鼠種植體周圍炎模型中，應(yīng)用包裹牙齦間充質(zhì)干細(xì)胞（GMSCs）的粘合水凝膠，可使種植體周圍的骨完全再生，并伴有種植體周圍的骨丟失
總而言之，研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種獨(dú)特的生物啟發(fā)性粘附水凝膠，具有可調(diào)的機(jī)械性能和生物降解性，能夠有效地傳遞患者來源的牙科MSCs。水凝膠是光交聯(lián)的，并且由于存在MSC聚集體和羥基磷灰石微粒，可促進(jìn)顱面組織工程應(yīng)用中的骨再生。
Hasani-SadrabadiMM, et al. An engineered cell-laden adhesive hydrogel promotes craniofacialbone tissue regeneration in rats. Science Translational Medicine.2020;12(534):eaay6853.
https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aay6853
4. AM: 水引發(fā)聚合膠粘劑: 從水下膠黏劑到快速止血
盡管近年來研究者們在生物激發(fā)型粘合劑方面取得了進(jìn)展，但要在水環(huán)境和血液環(huán)境中實(shí)現(xiàn)強(qiáng)粘附和密封止血仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。天津大學(xué)劉文廣教授課題組基于多乙烯基單體與多巴胺的邁克爾加成反應(yīng)，設(shè)計(jì)并合成了一種具有疏水骨架和親水鄰苯二酚側(cè)支的超支化聚合物(HBP)。
本文要點(diǎn)：
1）結(jié)果表明，與水接觸時(shí)，HBP的疏水鏈能夠快速聚合形成團(tuán)聚體，取代附著表面的水分子來增加鄰苯二酚基團(tuán)的暴露，從而實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下材料的迅速粘連，比如在去離子水、海水、PBS和pH = 3~11范圍下都可以實(shí)現(xiàn)。
2）此外，將長烷基胺引入這種模塊化的超支化結(jié)構(gòu)中有助于形成一種可注射的止血密封劑，一旦接觸濕的組織，可迅速涂布固化，封閉創(chuàng)面，從而迅速止血，尤其是深度創(chuàng)面出血。
ChunyanCui, et al. Water‐Triggered Hyperbranched Polymer Universal Adhesives: From StrongUnderwater Adhesion to Rapid Sealing Hemostasis. Advanced Materials. 2019
DOI:10.1002/adma.201905761
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905761
5. AM綜述：仿生粘合劑架構(gòu):從皮膚貼片到集成式生物電子設(shè)備
自然界中有著各種層次結(jié)構(gòu)的附著現(xiàn)象。有研究證明，利用這類現(xiàn)象可以在不使用任何化學(xué)膠水的情況下，在皮膚或濕潤的內(nèi)臟上開發(fā)出具有很好的生物相容性的膠粘劑。這種仿生的膠粘劑系統(tǒng)也已經(jīng)成為重要的解決人機(jī)交互問題的智能有機(jī)連接設(shè)備，可以用于對疾病進(jìn)行診斷和治療。韓國成均館大學(xué)Changhyun Pang教授課題組從獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性、物理相互作用的機(jī)制以及制備方法等方面綜述了仿生粘接結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展；對仿生膠粘劑的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括皮膚貼片和多功能生物電子設(shè)備等；最后也簡要討論了這一領(lǐng)域在當(dāng)前所面臨的挑戰(zhàn)和未來的應(yīng)用前景。
Baik,S., Lee, H.J. et al. Bioinspired Adhesive Architectures: From Skin Patch toIntegrated Bioelectronics. Advanced Materials, 2019.
DOI:10.1002/adma.201803309
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201803309
6. Chem.Soc. Rev.封面文章：仿生粘附水凝膠
作為一類獨(dú)特的高分子材料，水凝膠在從納米到微米各種尺度上具有相互連接的多孔網(wǎng)絡(luò)，展現(xiàn)出很多結(jié)構(gòu)衍生特性，包括高表面積，可容納各種填充物，固有的柔韌性，可控制的力學(xué)性能以及優(yōu)異的生物相容性。但由于其聚合物網(wǎng)絡(luò)中含有大量的水，形成界面層，阻止水凝膠與基材之間的表面接觸，導(dǎo)致其表面能降低，水凝膠的粘合性嚴(yán)重減弱。此外，水分子通過氫鍵與水凝膠中的粘合劑基團(tuán)相互作用，大幅減少了水凝膠與固體材料之間的界面反應(yīng)。當(dāng)將水凝膠應(yīng)用于大多數(shù)潮濕表面（人體，組織和生物膠）生物醫(yī)學(xué)工程中時(shí)，情況將更加復(fù)雜。
在潮濕條件下研發(fā)粘附水凝膠的技術(shù)挑戰(zhàn)類似于海洋生物所需要解決的水下粘附問題，它們可以在動(dòng)態(tài)和湍流的水下環(huán)境中實(shí)現(xiàn)牢固的界面粘附。3,4-二羥基-L-苯丙氨酸（DOPA）是一種存在于其黏附蛋白中的生物大分子，已被證實(shí)能夠促進(jìn)與基材在水中的粘附。因此作為啟發(fā)，使用仿生原理開發(fā)新型粘性水凝膠對揭示水下粘合機(jī)理具有極其重要的意義，同時(shí)亦為新型多功能平臺(tái)的設(shè)計(jì)打開了大門。
東南大學(xué)章煒副教授，孫正明教授，華中科技大學(xué)趙強(qiáng)教授，滑鐵盧大學(xué)趙博欣副教授與密西根州立大學(xué)Bruce P. Lee副教授等人總結(jié)了受貽貝啟發(fā)的粘合水凝膠材料，并介紹了三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的主題，具體包括：水對水凝膠附著力的破壞機(jī)制；仿生大分子DOPA的水下粘附機(jī)理；以及粘附水凝膠在生物工程領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來，每個(gè)主題都引起了極大的興趣，涉及廣泛而深刻的跨學(xué)科挑戰(zhàn)。綜述概述了水凝膠材料在水下粘附中存在的技術(shù)困難，著重介紹了表征水凝膠水下力學(xué)性能的相關(guān)參數(shù)，以及依此建立水凝膠材料的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和評估方法，并總結(jié)了仿生粘性水凝膠的獨(dú)特性能、合成方法和制備工藝，提出了水下粘附機(jī)理的新見解。
這篇綜述詳細(xì)介紹了基于貽貝啟發(fā)的鄰苯二酚功能化粘性水凝膠材料的設(shè)計(jì)和開發(fā)研究進(jìn)展。通過使用鄰苯二酚官能團(tuán)設(shè)計(jì)水凝膠，其與各類表面之間的水下粘附性得以顯著加強(qiáng)，優(yōu)異的內(nèi)在特性使粘性水凝膠在各種生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，包括組織修復(fù)和再生，防污和抗菌應(yīng)用，藥物輸送以及細(xì)胞封裝和輸送等。該領(lǐng)域目前已取得了突破性進(jìn)展，但仍存在關(guān)鍵性挑戰(zhàn)，亟待持續(xù)研究。
WeiZhang, et al. Catechol-functionalizedhydrogels: biomimetic design, adhesionmechanism, and biomedical applications, ChemicalSociety Reviews, 2020.
DOI:10.1039/C9CS00285E
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/c9cs00285e
7. AM：粘一粘，治愈骨折
眾所周知，商業(yè)骨粘合劑的有效性因細(xì)胞生長的弱有效性而受到阻礙。大孔形成的策略，特別是生物活性大孔，有很大的希望可以避免這個(gè)問題，從而促進(jìn)骨折愈合。于此，中科院化學(xué)研究所邱東、喬燕和北京大學(xué)第三醫(yī)院周方等人研制了一種具有生物活性的含玻璃的大孔骨粘合劑，它能夠促進(jìn)骨源性間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞向黏附層的遷移和向骨細(xì)胞的分化。將生物活性玻璃顆粒包裹的致孔劑整合到骨粘合劑中是這種方法的關(guān)鍵。觀察到在骨粘合劑上的牢固的即時(shí)粘合和在小鼠顱骨上的骨再生的高效率，這兩者對于臨床應(yīng)用和個(gè)性化手術(shù)程序都是至關(guān)重要的。這項(xiàng)工作代表了設(shè)計(jì)具有高細(xì)胞生長效率的生物材料的通用策略。
Xu,L., et al. Bioactive Pore‐Forming Bone Adhesives Facilitating Cell Ingrowth for FractureHealing. Adv. Mater. 2020, 1907491.
https://doi.org/10.1002/adma.201907491
8. AFM：一種物理雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠粘合劑用于多藥耐藥細(xì)菌感染、傷口閉合、傷口愈合
開發(fā)具有高愈合效率和光熱抗菌活性的物理雙網(wǎng)絡(luò)（DN）可移除水凝膠粘合劑，以應(yīng)對多藥耐藥細(xì)菌感染、傷口閉合和傷口愈合仍然是一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)。在此，西安交通大學(xué)郭保林等人設(shè)計(jì)了一種生理?xiàng)l件下可注射的物理DN自愈性水凝膠粘合劑，以治療多藥耐藥細(xì)菌感染和全層皮膚切口/缺損修復(fù)。
本文要點(diǎn)：
1）該水凝膠膠粘劑由鄰苯二酚-Fe3+配位交聯(lián)聚（癸二酸甘油酯）-co-聚（乙二醇）-g-鄰苯二酚和四氫鍵交聯(lián)脲嘧啶酮改性明膠組成。它具有優(yōu)異的抗氧化性、近紅外/pH響應(yīng)性和形狀適應(yīng)性。此外，該水凝膠具有快速自愈、良好的組織粘附性、降解性、光熱抗菌活性以及近紅外輻射和/或酸性溶液洗滌輔助可去除性。
2）體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明，該水凝膠對皮膚創(chuàng)傷有良好的止血作用，對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）殺傷率高，傷口閉合和皮膚切口愈合效果優(yōu)于醫(yī)用膠和手術(shù)縫合。特別是，它們可以通過調(diào)節(jié)炎癥，加速膠原沉積，促進(jìn)肉芽組織形成和血管化，顯著促進(jìn)全層皮膚缺損傷口的愈合。這些按需溶解和抗氧化的物理雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠粘合劑是治療體內(nèi)MRSA感染、傷口閉合和傷口愈合的優(yōu)秀多功能敷料。
XinZhao, et al. Physical Double‐Network Hydrogel Adhesives with RapidShape Adaptability, Fast Self‐Healing, Antioxidant andNIR/pH Stimulus‐Responsiveness for Multidrug‐Resistant Bacterial Infection and Removable Wound Dressing, Adv.Funct. Mater., 2020.
DOI:10.1002/adfm.201910748
https://doi.org/10.1002/adfm.201910748
9. AFM：“夢幻”生物粘合劑實(shí)現(xiàn)傷口閉合護(hù)理
大多數(shù)現(xiàn)有的生物粘合劑，即使是那些在傷口閉合效果上表現(xiàn)出優(yōu)勢的生物粘合劑，也不能有助于創(chuàng)傷后的閉合過程。在此，天津大學(xué)趙瑾等人報(bào)道了一種仿生的、原位形成的雙動(dòng)態(tài)鍵交聯(lián)水凝膠生物粘合劑，該生物粘合劑能夠有效地閉合開放性傷口，并實(shí)現(xiàn)傷口閉合后的護(hù)理。
本文要點(diǎn)：
1）鄰苯二酚修飾的ε-聚-L-賴氨酸和氧化右旋糖酐被用作天然聚合物骨架，受海洋貽貝膠固化工藝的啟發(fā)，通過席夫堿動(dòng)態(tài)鍵和鄰苯二酚-Fe配位動(dòng)態(tài)鍵進(jìn)行原位交聯(lián)，形成水凝膠生物粘合劑。獨(dú)特的雙動(dòng)態(tài)鍵交聯(lián)結(jié)構(gòu)賦予了生物粘合劑更高的機(jī)械強(qiáng)度和粘合強(qiáng)度，同時(shí)保持了快速解離和良好的自愈能力。因此，該生物粘合劑可以表現(xiàn)出多種理想的功能，例如按需溶解、可重復(fù)粘合、足以閉合傷口的粘附性和機(jī)械強(qiáng)度、可注射性和良好的生物相容性(DREAMING)。
2）在有效地閉合皮膚傷口后，該生物粘合劑可以很容易地移除或反復(fù)閉合再次開裂的傷口，從而實(shí)現(xiàn)傷口閉合后的護(hù)理。基于良好的傷口閉合功能和傷口閉合后護(hù)理的能力，該生物粘合劑在處理皮膚傷口方面顯示出巨大的潛力。。
Sidi Li, et al. Bioinspired Double‐Dynamic‐BondCrosslinked Bioadhesive Enables Post‐Wound ClosureCare, Adv. Funct. Mater., 2020.
DOI:10.1002/adfm.202000130
https://doi.org/10.1002/adfm.202000130
10. AM：超疏液體仿生纖維粘合劑
仿生彈性原纖維表面具有可逆干粘合劑的潛力，但其粘合性能對接觸界面處的液體敏感。正如它們的自然模型一樣，許多人工模擬物可以有效地防水，但是當(dāng)接觸界面引入低表面張力的液體時(shí)，模擬就會(huì)失效。在此，馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所Metin Sitti等人提出了一種仿生纖維狀粘合表面，該粘合劑在保持其粘接性能的同時(shí)，即使對超低表面張力的液體也具有超疏液性。
本文要點(diǎn)：
1）該仿生纖維狀粘合表面結(jié)合了蘑菇形原纖維陣列的有效粘附原理和基于雙凹角原纖維尖端幾何形狀的疏液性。該方法可使原纖維尖端表面保持光滑，以獲得高的干附著力，并且不涉及表面化學(xué)修飾。研究表明，即使是在很小的預(yù)緊力（約為1 mN）下，其拉力也比平滑表面控制的粘合劑高五倍左右。
2）即使在接觸界面上添加低表面張力的液體，所提出的微纖維結(jié)構(gòu)的粘接性能也能得以保留。極高的疏液性使纖維狀粘合劑能夠在現(xiàn)實(shí)世界中應(yīng)用于被水、油和其他液體覆蓋的表面。
3）此外，全彈性超疏液體表面在機(jī)械上不易碎，對物理接觸的抵抗力強(qiáng)，并且高度可變形和可拉伸，這可以增加此類防濕表面的實(shí)際用途。而且基于可伸縮成型的制造工藝，未來可大規(guī)模生產(chǎn)這種疏液纖維化粘合劑，以用于服裝封蓋、機(jī)器人技術(shù)、汽車工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、便攜式電子產(chǎn)品及可能含油的制造業(yè)或接觸界面含其他液體的工業(yè)中。
Ville Liimatainen, et al. Liquid-Superrepellent Bioinspired FibrillarAdhesives. Adv. Mater. 2020, 2000497.
DOI:10.1002/adma.202000497.
https://doi.org/10.1002/adma.20200049
