在醫療手術領域，縫合線作為傷口閉合和恢復的必備材料，其性能直接影響手術的成敗和患者的康復。然而，現有縫合線在機械強度、生物兼容性以及可視化方面存在局限，特別是在復雜解剖區域，如多毛或深色皮膚，以及微創手術部位，對縫合線的精準定位和可視化提出了更高要求。
鑒于此，受到蜘蛛絲的卓越機械性能和水母熒光特性的啟發，南開大學劉遵峰、王蔚、中國藥科大學周湘等研究人員成功開發了一種新型熒光人工蜘蛛絲。這種材料不僅具備優異的機械強度和韌性，還擁有良好的生物兼容性和持久的熒光特性，為手術縫合提供了全新的解決方案。
主要創新點
傳統的縫合線在特定手術環境下，如在體毛濃密或膚色較深的區域，其可視化難度較大，增加了手術風險。此外，現有縫合線在機械性能和生物兼容性方面也存在不足，限制了它們在復雜手術中的應用。而新型人工蜘蛛絲通過聚合誘導發光機制，實現了無需傳統熒光團即可發出持久熒光的特性。借鑒蜘蛛絲的分子結構，通過分子設計和工藝優化，顯著提升了纖維的機械強度和韌性。采用生物相容性材料進行涂層，增強了纖維的生物兼容性，減少了體內植入時可能引起的不良反應。
主要技術內容
通過共聚高度水合的AMPS段和含有多個-OH基團的多氫鍵段，制備了具有良好可紡性和機械性能的纖維。通過在凝膠狀態下插入捻度，同時增強了纖維的強度、韌性和熒光，即研究人員通過分子鏈的共價交聯、金屬離子配位、纖維加捻和熱退火進一步提高了機械性能，導致斷裂強度為 1017 MPa，斷裂應變為 24%，韌性為 270 MJ m?3，沖擊阻尼能力為 90%。采用生物相容性材料對纖維進行涂層，形成了具有增強機械性能和耐水性的“鞘-芯”結構。
小結
綜上所述，受天然蜘蛛絲和水母發光的啟發，研究人員通過共聚高親水性的 AMPS 片段和含有多個氫鍵（HAM、DHAM和 THAM）的片段，制備了一種具有分級結構的熒光人造蜘蛛絲。用生物相容性鞘層（例如 PLA）涂覆這些纖維可增強其防水性。這些纖維表現出優異的機械性能、細胞相容性和熒光特性，使其適合用作熒光手術縫合線。通過共聚親水和氫鍵片段精心設計這些纖維，確保了良好的可紡性、機械強度和穩定的熒光。
人造蜘蛛絲中磺酸基的聚集誘導熒光為開發適用于外科和診斷生物醫學應用的固有熒光和堅固纖維提供了一種新方法。這種平衡親水性和分子相互作用強度的策略為直接紡出用于耐用紡織品、聚合物復合材料、多功能纖維和智能設備的智能堅固纖維提供了良好的前景。這項研究為外科手術工具、可穿戴和植入式設備、發光傳感和信號、軟機器人和柔性智能設備的進步開辟了新途徑。
參考文獻：
K. Wen, C. Zhang, G. Zhang, M. Wang, G. Mei, Z. Zhang, W. Zhao, W. Guo, Q. Zhou, E. Liu, Y. Zhu, J. Bai, M. Zhu, W. Wang, Z. Liu, X. Zhou, Jellyfish-Inspired Artificial Spider Silk for Luminous Surgical Sutures. Adv. Mater. 2024, 2314158.
https://doi.org/10.1002/adma.202314158
