華南理工大學(xué)邊黎明教授課題組《Sci. Adv.》：遇水自發(fā)形成水凝膠并在濕潤動(dòng)物組織表面形成強(qiáng)韌黏附的粉末
能在濕潤動(dòng)物組織表面形成強(qiáng)韌濕黏附（wet adhesion）的水凝膠受到了越來越多的關(guān)注。目前主要由兩種策略實(shí)現(xiàn)水凝膠強(qiáng)韌的濕黏附，一是將制備好的黏附水凝膠按壓在組織上；二是將水凝膠前體溶液滴在濕潤組織表面，然后再給予刺激，使溶液原位形成水凝膠并粘附在組織上。但是，組織上的界面水（interfacial water）和通過化學(xué)鍵交聯(lián)的水凝膠網(wǎng)絡(luò)極大地限制了水凝膠和濕潤組織之間的黏附作用。為了消除界面水和化學(xué)交聯(lián)對水凝膠形成強(qiáng)韌黏附的限制，邊黎明教授團(tuán)隊(duì)制備了一種能吸收動(dòng)物組織表面的界面水并在原位形成具有強(qiáng)韌黏附水凝膠的聚乙烯亞胺/聚丙烯酸（PEI/PAA）粉末。
PEI/PAA粉末的制備過程如圖1a所示，將PEI和PAA水溶液充分混合得到PEI/PAA復(fù)合物。隨后將PEI/PAA復(fù)合物經(jīng)過冷凍干燥和粉碎后，就能得到PEI/PAA粉末?；诟叻肿又g強(qiáng)物理作用和高分子的擴(kuò)散，PEI/PAA粉末能快速吸水并在2秒內(nèi)形成水凝膠（圖1）。
圖1. PEI/PAA粉末的制備及其遇水形成水凝膠的過程。
將PEI/PAA粉末灑在濕潤的基板上后，PEI/PAA粉末能快速吸收界面水形成PEI/PAA水凝膠。同時(shí)，PEI/PAA水凝膠表面的官能團(tuán)能和基板表面的官能團(tuán)通過物理作用結(jié)合，從而能在2秒內(nèi)促發(fā)黏附。隨后，水凝膠中通過物理作用交聯(lián)的高分子能擴(kuò)散到基板的網(wǎng)絡(luò)里，和基板的網(wǎng)絡(luò)形成互穿網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)水凝膠的黏附作用。將粉末灑在聚丙烯酰胺水凝膠和多種動(dòng)物組織表面后，PEI/PAA粉末能快速吸收界面水在原位形成水凝膠并黏附在基板上。隨后將樣品浸泡在溶液30天或者12小時(shí)，水凝膠仍然能牢固地黏附在基板上（圖2）。除此之外，PEI/PAA粉末還能作為密封劑，有效地修補(bǔ)豬胃和豬小腸的穿孔（視頻1和2）。
圖2. PEI/PAA粉末的濕黏附機(jī)理及其黏附行為。
視頻1
視頻2
為了進(jìn)一步證實(shí)PEI/PAA粉末作為密封劑的有效性，以大鼠的胃穿孔為模型，對比了傳統(tǒng)縫線、纖維蛋白膠（fibrin glue）和PEI/PAA粉末促進(jìn)胃穿孔愈合的效果。治療7天后，從宏觀來看，用PEI/PAA粉末治療的傷口比縫合線和纖維蛋白凝膠治療組表現(xiàn)出更好的愈合效果。H＆E染色顯示，用PEI/PAA粉末治療組的胃黏膜完全橋接，但是縫線組和纖維蛋白膠組穿孔處的黏膜并未愈合。另外，PEI/PAA粉末治療組在肉芽組織中顯示出最高的PCNA（增殖細(xì)胞核抗原，G1/S期的增殖細(xì)胞的標(biāo)志物）陽性上皮細(xì)胞百分比和最高的血管密度。綜上，PEI/PAA粉末能有效地密封胃穿孔并促進(jìn)傷口的愈合（圖3）。
圖3. 利用PEI/PAA粉末、縫線和纖維蛋白膠治療大鼠胃穿孔的對比。
由于該粉末具有極強(qiáng)的濕黏附且制備使用極其簡單，相信該粉末的應(yīng)用能被進(jìn)一步拓展到止血?jiǎng)⑺幬镙d體和可穿戴器件等應(yīng)用上。這項(xiàng)研究結(jié)果于近期以“Ultrafast self-gelling powder mediates robust wet adhesion to promote healing of gastrointestinal perforations”為標(biāo)題發(fā)表在《Science Advances》上。
該工作第一作者為香港中文大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系彭欣博士，合作通訊作者是香港中文大學(xué)外科學(xué)系趙偉仁教授，通訊作者邊黎明教授。
文章鏈接：
https://advances.sciencemag.org/content/7/23/eabe8739
作者簡介：
邊黎明教授2021年入職華南理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院，現(xiàn)任長江學(xué)者特聘教授。邊教授長期致力于發(fā)展先進(jìn)納米材料與水凝膠材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，并且逐漸建立了從基礎(chǔ)材料學(xué)，生物醫(yī)學(xué)研究到醫(yī)療應(yīng)用研究的多方向的深度研究。邊教授課題組近期在高水平學(xué)術(shù)期刊發(fā)表多篇論文。
相關(guān)進(jìn)展
高分子科技原創(chuàng)文章。歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)和分享，刊物或媒體如需轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn
誠邀投稿
歡迎專家學(xué)者提供稿件（論文、項(xiàng)目介紹、新技術(shù)、學(xué)術(shù)交流、單位新聞、參會(huì)信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并請注明詳細(xì)聯(lián)系信息。高分子科技?會(huì)及時(shí)推送，并同時(shí)發(fā)布在中國聚合物網(wǎng)上。
歡迎加入微信群 為滿足高分子產(chǎn)學(xué)研各界同仁的要求，陸續(xù)開通了包括高分子專家學(xué)者群在內(nèi)的幾十個(gè)專項(xiàng)交流群，也包括高分子產(chǎn)業(yè)技術(shù)、企業(yè)家、博士、研究生、媒體期刊會(huì)展協(xié)會(huì)等群，全覆蓋高分子產(chǎn)業(yè)或領(lǐng)域。目前匯聚了國內(nèi)外高?？蒲性核捌髽I(yè)研發(fā)中心的上萬名頂尖的專家學(xué)者、技術(shù)人員及企業(yè)家。
申請入群，請先加審核微信號PolymerChina （或長按下方二維碼），并請一定注明：高分子+姓名+單位+職稱（或?qū)W位）+領(lǐng)域（或行業(yè)），否則不予受理，資格經(jīng)過審核后入相關(guān)專業(yè)群。
點(diǎn)
這里“閱讀原文”，查看更多
工程師必備
- 項(xiàng)目客服
- 培訓(xùn)客服
- 平臺客服
TOP
