这篇论文的研究由伦敦国王学院的Sherif Elsharkawy及其所在团队进行，发表在《Advanced Materials Technologies》期刊上。该研究旨在开发一种新型的人工粘附表面，以满足可穿戴医疗设备在复杂生理环境中的需求，尤其是针对假牙的保持力问题。全球有超过3.5亿人受到无牙症的困扰，传统的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）假牙在口腔内的动态环境中常常难以保持良好的附着力，导致佩戴者的不满和生活质量的下降。
研究团队借鉴自然界中的粘附机制，特别是章鱼的吸盘结构，提出了一种新颖的表面改性方法。通过使用Nanoscribe设备PPGT，研究人员采用双光子聚合技术和无掩模光刻技术，制造出微米和宏米尺度的微观结构，以增强PMMA假牙的保持力。这些微观结构模仿了章鱼吸盘的形态，能够在湿润环境中提供更强的附着力。研究结果表明，经过微观结构和角蛋白涂层处理的假牙在湿润环境中的最大附着力显著高于未处理的假牙。
在研究过程中，团队首先进行了文献回顾，指出现有假牙保持力不足的原因，包括PMMA的疏水性和与口腔组织的粘附性差。传统的假牙粘合剂虽然可以改善附着力，但许多患者对其感到不适，认为其不卫生且难以清除。因此，研究者们探索了生物材料，尤其是角蛋白的应用。角蛋白是一种广泛存在于动物体内的蛋白质，具有良好的生物相容性和化学稳定性，能够在口腔环境中保持较好的附着力。
研究团队通过先进的3D打印技术，结合生物启发的设计理念，成功制造出具有章鱼吸盘特征的假牙原型。这些假牙在干燥和湿润环境中均表现出优于传统假牙的附着力，证明了生物启发的物理化学方法在假牙设计中的潜力。研究还表明，角蛋白的涂层不仅提高了PMMA的亲水性，还与微观结构产生了协同效应，进一步增强了假牙的保持力。
在研究过程中，团队面临了一些挑战，包括如何在保持假牙结构完整性的同时，确保微观结构的精确复制。为此，研究者们采用了PDMS模具技术，将微观结构从硅片转移到PMMA中。通过扫描电子显微镜（SEM）观察，研究人员确认了微观结构的高保真度复制，克服了传统制造方法中的一些局限性。
此外，研究还探讨了不同浓度的角蛋白对附着力的影响，发现5%浓度的角蛋白在各种预加载条件下均表现出最佳的附着力。这一发现为未来的假牙设计提供了重要的参考，表明通过调节生物材料的浓度和表面特性，可以进一步优化假牙的性能。
总的来说，这项研究不仅为假牙的设计提供了新的思路，也为生物材料在医疗器械中的应用开辟了新的方向。随着技术的不断进步，未来有望将这种生物启发的设计理念推广到更多的医疗领域，如药物传递系统、伤口敷料和可穿戴设备等。通过结合自然界的智慧和现代材料科学，这项研究为改善无牙症患者的生活质量提供了新的解决方案，具有广阔的应用前景。
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https://doi.org/10.1002/admt.202400928