昆明医科大学陆地团队与美国Elias B. Rizk/刘超团队合作 Matter：仿生超强水性合成组织粘合剂

高分子科技

2022-01-30

导读：开创性地合成了无任何毒性化学交联剂的可生物降解的水性粘合剂，为设计下一代临床应用的湿润组织粘合剂和密封剂提供了一种新的思路。

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临床上应用于脑损伤等湿润环境下动态组织的粘合剂疗效差强人意，常导致脑脊液渗漏和脑膜炎等并发症。基于贻贝类生物足盘粘附机制而研发的粘合剂在湿润环境中的高粘性特质具有强大的潜在优势。然而，该类粘合剂界面间形成的水化层削弱了非共价键的作用力并阻碍了共价键合能力，密封性欠佳，严重限制了仿生动物粘合剂的进一步发展。因此，开发一种针对潮湿环境下的动态组织，兼具组织高粘性和密封性能的生物粘合剂是一项极具挑战的工作。

昆明医科大学陆地团队与美国宾州州立大学Elias B. Rizk团队和美国 Aleo BME 公司刘超团队合作研发了一种可生物降解的新型水性聚氨酯纳米分散胶体（B-Seal）。B-Seal分别由带正 (WPU+) 负 (WPU-) 电荷的组分形成大小两种颗粒；该胶体破裂压力是商业化产品 duraseal 的 24 倍，t -拉力强度是纤维蛋白胶的138 倍，搭接剪切强度是纤维蛋白胶的16 倍（图1）。研究通过调控化学组分配比制备一定范围内的大小颗粒，发挥颗粒的楔入效应以提高紧密堆积度，并协同正负离子作用力，这种无毒副作用的机械互锁，使得WPU纳米颗粒分散稳定，固化时间短 (<10 s) ，溶胀率低 (<10%) ，粘附强度显著提升。当应用于受损的湿润组织时，纳米颗粒渗透到粗糙组织表面，快速的离子相互作用高效排除了B-Seal和组织界面的水分子，形成强有力的机械互锁；且不同尺寸的颗粒楔入和堆积进一步强化了界面粘附性（图2，图3）。此外，降解可调的B-Seal在保持密封性能和颅内压的同时，还能与组织治愈速度相匹配。通过构建SD大鼠脑脊液鼻漏模型以及猪开颅硬脑膜损伤模型验证，发现B-Seal可有效阻止大鼠、猪的脑脊液外漏，并促进猪的脑膜修复（图4，图5）。

该研究工作针对湿润环境下动态组织的粘合这一难题，开创性地合成了无任何毒性化学交联剂的可生物降解的水性粘合剂，为设计下一代临床应用的湿润组织粘合剂和密封剂提供了一种新的思路。该工作以“Bioinspired super-strong aqueous synthetic tissue adhesives”为题发表在《Matter》上（Matter (2021), DOI：10.1016/j.matt.2021.12.018）。文章第一作者是昆明医科大学李庆博士。