▷2025/01/02
同萃生材
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本文导读
目前临床上迫切需要具有足够湿粘附性和抗溶胀性的水凝胶生物粘合剂。然而，血液或体液的存在通常会削弱界面粘合强度，甚至导致粘合失败。
基于此，西安交通大学成一龙教授团队开发了一种新型水凝胶胶粘剂（PAAS），这种材料以其独特的分子结构和分子间相互作用而著称。PAAS胶粘剂利用N-丙烯酰苯丙氨酸（APA）中的羧基和苯环在同一结构单元的独特偶联结构，实现了界面排水和基体增韧。此外，PAAS胶粘剂还通过两性离子介导的各种静电相互作用，在湿润条件下展现出优异组织粘合性能和基体溶胀性。
PAAS水凝胶不仅可以实现肝脏、心脏、动脉破裂的快速止血和肺气漏的密封，还可以加速大鼠、兔和猪模型中胃和肝脏缺损的恢复。此外，PAAS水凝胶即使在潮湿环境下也能精确持久地监测各种生理活动，可用于评估动脉破裂的体内密封效率。
成果题名：A Wet-Adhesion and Swelling-Resistant Hydrogel for Fast Hemostasis, Accelerated Tissue Injury Healing and Bioelectronics
发表期刊：《Advanced Materials》
成果介绍
PAAS水凝胶的设计、机制和应用
1、PAAS水凝胶的设计和表征
与PAS水凝胶的相对松散的多孔结构相比，PAA水凝胶表现出连续紧凑的微形态，相比之下，即使在水中孵育10天后，PAAS水凝胶的重量和体积也几乎没有变化。并且结果表明，PAAS水凝胶在水中浸泡后可以与组织形成静电相互作用以实现粘附。三种水凝胶的拉伸应力、压缩应力、接触角和溶胀性对比突出了PAAS水凝胶实现有效湿组织粘附性能的优势。
图1 PAS、PAA和PAAS水凝胶的表征和比较
2、PAAS水凝胶的粘附性能
PAAS水凝胶在水性环境中具有出色的粘附能力，并且PAAS水凝胶在内/外力刺激下具有出色的粘附稳定性，并且表现出长期的粘附耐久性。
图2 PAAS水凝胶的粘附性能
3、PAAS水凝胶对大鼠的生物相容性和体内密封性能
PAAS贴剂不仅可以有效防止大鼠肝脏切口模型中的失血，还可以加速伤口愈合。并且在胃穿孔治疗中，由于PAAS贴剂在修复过程中与胃组织保持密封作用，抑制胃酸从胃穿孔泄漏，可以缓解局部炎症反应，促进细胞增殖和新血管形成，从而使胃损伤快速愈合。此外，具有不对称结构的PAAS贴剂可以防止术后粘连，并避免缝合介导的组织继发性损伤。
图3 PAAS贴剂在大鼠肝胃损伤模型中的体内止血和愈合性能
4、PAAS水凝胶的传感性能
PAAS水凝胶应是一种可靠的柔性传感器，适用于潮湿环境，可长期使用。并且PAAS水凝胶具有强大的湿组织粘附力和卓越的抗溶胀性能。其可能是解决基于水凝胶的传感器在潮湿环境中输出电信号的稳定性和可靠性问题的良好选择。
图4 PAAS水凝胶的传感性能
5、兔子大出血的止血、密封和监测
心脏和颈动脉是脊椎动物的重要器官。当发生心脏或动脉损伤时，大出血可在短时间内导致死亡。然而，实现快速止血一直是临床上存在的挑战。结果表明，PAAS贴片（直径7mm）可在20s内控制紧急心脏出血，它与湿心脏组织形成紧密粘附，不受溶液冲洗和心跳的干扰。并且结果验证了PAAS水凝胶传感器在生物传感应用中的高精度和灵敏度。
图5 PAAS水凝胶在兔心脏和动脉穿刺损伤模型中的止血、密封和监测性能
6、猪大出血的止血、密封和监测
为了进一步验证PAAS水凝胶对受伤哺乳动物器官止血和密封的潜力，构建了Bama微型猪的体内心脏、动脉、肝脏和肺损伤模型。在猪身上的结果进一步证实了PAAS水凝胶可用作体内止血和软组织损伤密封的有效生物粘合剂。
图6 PAAS水凝胶在猪心脏、动脉、肝脏和肺损伤模型中的止血、密封和监测性能
总
结
这项研究报道了一种通过调节分子结构和分子间相互作用，设计具有强大的水下粘合强度和卓越的抗溶胀性能的水凝胶基生物粘合剂的策略。通过APA、AA和SBMA的自由基聚合成功开发了一种多功能水凝胶PAAS，用于器官损伤和生物传感的体内治疗。与AG、AL和AV等其他氨基酸乙烯基衍生物相比，APA与AA共聚制备的水凝胶在力学性能、湿组织粘附和抗溶胀性方面表现出显著的优势，这源于苯基有助于水凝胶网络内多个氢键的形成和界面排水。进一步引入两性离子成分（SBMA），通过引入额外的静电相互作用，提高水凝胶在水下或复杂生理环境中应用的功能和结构稳定性。此外，通过组装成具有不对称粘附特性的即用型贴剂，PAAS贴剂在大鼠、兔子和猪的体内止血和促进器官损伤的生物粘附性方面表现出优异的性能，而不会出现术后组织/器官粘附。系统表征表明，PAAS水凝胶可以与不同的器官组织形成强大的湿粘附。此外，PAAS水凝胶可以保持与动态组织的高度适形粘附，并在潮湿环境中应用时为健康监测提供准确和持久的生理信号输出，能够准确验证兔子和猪大出血的密封效率。这项研究可以为设计具有按需湿粘附性能和抗溶胀性的生物粘合剂提供有用的灵感，并为紧急出血和组织/器官损伤以及水凝胶生物界面的临床治疗提供新的选择。
文章来源：
https://doi.org/10.1002/adma.202414092
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