普通膠帶可在干燥物體表面輕松粘牢，但它一碰上濕潤物體表面就不靈了，例如人體組織。這是因為，水分會將兩個接觸面的分子隔離開來，阻止了其相互作用。
在自然界潮濕環(huán)境中生活的貽貝和蜘蛛，顯然沒有這種困擾，它們能夠去除接觸面的水分從而形成強力粘合，科學(xué)家由此受到啟發(fā)。
10 月 30 日，麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系副教授趙選賀（Xuanhe Zhao）團(tuán)隊關(guān)于一種新型雙面膠帶（DST）的研究發(fā)表在《自然》雜志上。
（來源：MIT）
5 秒實現(xiàn)強力粘附
在醫(yī)學(xué)濕組織的粘附中，與縫合或釘合相比，粘合更具優(yōu)勢。目前已有的組織粘合劑主要依賴在組織表面水分中擴(kuò)散其大分子單體或聚合物，來形成和濕組織的粘結(jié)。但這類粘合劑尚不成熟：粘附速度太慢，粘合力弱，與組織的機(jī)械匹配性差，生物相容性低，并且不方便保存或使用。
麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系副教授趙選賀（Xuanhe Zhao）團(tuán)隊提出干燥交聯(lián)機(jī)理（dry-crosslinking），并發(fā)明了一種新型雙面膠帶（DST）。新型雙面膠由明膠或殼聚糖這類生物聚合物和聚丙烯酸- N -琥珀酰亞胺酯組成，這是一種可生物降解的材料。其原理是，雙面膠可以發(fā)生快速水合和溶脹，也就是說該聚合物能夠快速干燥濕組織表面水分，從而與組織表面形成快速臨時交聯(lián)。隨后雙面膠與組織表面的胺基形成共價交聯(lián)，進(jìn)一步增強了粘合的強度和長期穩(wěn)定性。
這是一種受生物啟發(fā)的、但不是仿制生物的設(shè)計。趙選賀介紹說，現(xiàn)有的研究大多仿制能在潮濕環(huán)境中粘結(jié)的生物膠水的成分，例如其中的蛋白質(zhì)。他們的工作是基于理解貽貝、蜘蛛等在潮濕環(huán)境下粘結(jié)的機(jī)理，然后用可以大規(guī)模生產(chǎn)的、廉價的、生物兼容的材料制造人體雙面膠。
這一干燥效果在輕壓組織表面（1 千帕斯卡）下即可實現(xiàn)。體外小鼠、體內(nèi)大鼠和離體豬的器官試驗表明，無論在出血組織還是工程固體，這種雙面膠可以在 5 秒內(nèi)實現(xiàn)強力粘附。研究人員認(rèn)為，這種雙面膠可以作為組織粘合劑和密封劑，用于可穿戴設(shè)備和可植入設(shè)備與濕組織的粘附。
視頻 | 雙面膠粘合豬的胃部傷口。（來源：趙選賀）
現(xiàn)有的組織粘合劑的粘附時間長于 1 分鐘，并且它們的粘附性能包括韌性、剪切和拉伸強度，均弱于新型雙面膠。雖然堅韌水凝膠粘合劑可以實現(xiàn)接近新型雙面膠的韌性，但它需要在組織表面持續(xù)施壓 5 分鐘到 30 分鐘才能實現(xiàn)有效粘附。
為了驗證新型雙面膠在跳動心臟的粘附性能，趙選賀將一個塑料貼片在 5 秒鐘內(nèi)粘在小老鼠跳動的心臟上，并保持在跳動心臟上牢固粘合很多天。
專訪趙選賀
DeepTech：這項研究的突破是哪些？
趙選賀：第一個突破是在機(jī)理上。我們提出了干燥交聯(lián)（dry-crosslinking）機(jī)理，來實現(xiàn)體內(nèi)器官等潮濕表面的快速粘合，并保持粘合長期堅韌。
第二個突破是在生物膠水的形式上。我們發(fā)明了人體雙面膠，不需要光照、紫外線（UV）、加熱、攪拌、涂抹等操作，直接像使用雙面膠那樣應(yīng)用在器官和植入設(shè)備上。與常用的液態(tài)生物膠水相比，更加方便醫(yī)生使用。
第三個突破是在生物膠水的性能上。人體雙面膠可以在 5 秒鐘內(nèi)粘合各種軟濕器官以及植入設(shè)備，保持長期堅韌粘結(jié)和生物兼容，并且最終能實現(xiàn)生物降解。例如，我們可以把一個塑料貼片在 5 秒鐘內(nèi)粘在小老鼠跳動的心臟上，并保持在跳動心臟上牢固粘合很多天。
DeepTech：與現(xiàn)有生物膠水相比，新型雙面膠的濕組織粘附性能如何？新型雙面膠的使用有什么特別要求嗎？
趙選賀：現(xiàn)有的商用生物膠水都需要一分鐘以上的粘合時間，而粘合韌性在 20 焦耳每平方米（Jm?2） 以下。人體雙面膠僅需要 5 秒鐘粘合各種組織器官，粘合韌性可高達(dá) 1000 焦耳每平方米；此外，雖然堅韌水凝膠的粘合韌性可達(dá) 1000 焦耳每平方米，但是需要 5-30 分鐘持續(xù)穩(wěn)定按壓才能形成粘結(jié)。
DeepTech：這個雙面膠的材料是新的發(fā)現(xiàn)嗎？
趙選賀：是的。我們提出干燥粘合的新機(jī)理，設(shè)計了新的復(fù)合材料，解決了生物粘結(jié)和濕粘結(jié)領(lǐng)域的一個難題。需要強調(diào)的是，人體雙面膠的每個成分都是現(xiàn)有的生物材料，而且都使用在 FDA 批準(zhǔn)的產(chǎn)品中。
DeepTech：對于一些正在出血的傷口，雙面膠的止血效果如何呢？或者說，出血傷口在多大的情況下可以適用？
趙選賀：雖然沒有在本文中報告，我們發(fā)現(xiàn)干燥交聯(lián)機(jī)理可以很好地應(yīng)用在出血傷口上。我們正在做這方面的工作。
DeepTech：除了可穿戴設(shè)備和可植入設(shè)備與濕組織的粘附，這個雙面膠也能用于日常傷口粘合嗎？以及這個雙面膠會在什么時候能有推廣？
趙選賀：雖然本研究側(cè)重于用雙面膠粘合體內(nèi)器官和植入設(shè)備，但我們發(fā)現(xiàn)雙面膠可以有效地粘合并處理日常傷口，甚至是糖尿病人的慢性傷口。我們正在做這方面研究。
因為這個技術(shù)比較成熟，優(yōu)勢明顯，可能救治很多病人，我們正在大力推廣臨床應(yīng)用，也在考慮商業(yè)化。另外，干燥交聯(lián)機(jī)理和人體雙面膠已經(jīng)通過 MIT 申請專利。
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