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一触即合，再难不倒！天然蛋白基油水凝胶粘合剂让修复工作更精准、更高效

文章来源：贤集网更新时间：2024-09-18 15:51:06

在生物医学的广阔领域中，水凝胶正以其独特的性能和广泛的应用潜力，成为众多科研人员关注的焦点。从药物输送到组织工程，从伤口敷料到诊断传感器，水凝胶在生物医学的各个方面都发挥着至关重要的作用。让我们一同深入探索水凝胶在生物医学领域的奇妙应用。

一、水凝胶的潜力与挑战

在先进工程材料的广阔领域中，水凝胶展现出巨大的发展潜力。然而，传统水凝胶存在强度低、易碎等问题，成为其广泛应用的阻碍。为解决这些难题，科研人员积极探索增韧机制。天然水凝胶以其独特的分级结构为研究提供了思路。自 2000 年以来，科研人员通过引入结构创新和能量耗散机制，如双网络水凝胶和多级结构水凝胶，显著提升了水凝胶的机械性能。

据统计，经过约二十年的研发，高性能水凝胶的断裂能量和疲劳阈值已达到新的高度。例如，某些高性能水凝胶的断裂能量可达到传统水凝胶的数倍甚至数十倍，这使得其在人工软骨等应用中具有极高的潜力。同时，研究人员还在探索利用生物系统的策略，开发自愈合和各向异性的水凝胶，以适应复杂的使用环境。

二、新型水凝胶粘合剂的突破

水凝胶粘合剂在伤口敷料、生物医学植入物和柔性电子产品等众多领域中发挥着至关重要的作用。然而，对于自粘水凝胶来说，调和粗糙表面适应性和内在强度的冲突要求一直是一个难以实现的挑战。

为了攻克这一难题，国科温州研究院与四川大学、河南理工大学的研究团队提出了一种全新的策略。他们基于牛血清白蛋白（BSA）与合成聚合物（PAAm）的两个网络，成功制备出一种柔软且具有自粘性的油水凝胶（OHG）。这种天然白蛋白基油水凝胶（BSA/PAAm DN OHGs）通过一锅法合成，能够立即粘附到各种基质材料的表面，实现无缝贴合，并且具有可逆粘附性能，方便进行容错贴合操作。

在确认贴合位置正确后，只需一个简短的加热步骤，就能诱导 BSA 分子展开、聚集，形成刚性的 BSA 网络，使凝胶转变为强韧而超强韧黏附的状态。经实验测试，这种水凝胶在加热后的附着力可从初始的较低水平显著提高到特定数值，比如从几百焦耳每平方米提高到 2800J/m²。

三、卓越的性能与广泛的应用

天然白蛋白基油水凝胶在包括金属（铝、铜、钛、钢等）和聚合物（尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、3M Tape 等）等多种材料上都展现出了超高的黏附效果。尤为值得注意的是，在没有任何表面修饰的情况下，它在非多孔基材上表现出极高的界面粘附。

在粘合剂的实际应用中，贴错是一个常见的问题。传统的可逆粘合剂虽然具有可重新定位的优势，但粘合强度有限；而强力胶等液体粘合剂虽然附着力强，但固化速度快，难以纠正错误黏附。而 BSA/PAAm DN OHG 则引入了一种新型的粘合剂解决方案，将容错性与可调的附着力完美协同起来。它可以可逆地附着在玻璃基板上，并在不留下残留物的情况下分离，允许多次重新附着，且在多次尝试中界面韧性保持不变。经多次实验验证，在 5 次应用尝试中，其界面韧性保持在约为 550J/m²。在达到所需定位后，通过加热，附着力可以显著提高。

四、水凝胶在生物医学领域还有哪些应用？

药物输送：

控制释放：水凝胶可以作为药物载体，根据环境刺激（如温度、pH 值、酶等）实现药物的控制释放。例如，在肿瘤治疗中，可以设计对肿瘤微环境敏感的水凝胶，在肿瘤部位精准释放药物，提高治疗效果并减少副作用。

局部给药：用于眼部、皮肤等部位的局部给药。水凝胶可以与药物结合形成贴片或凝胶剂，延长药物在作用部位的停留时间，提高药物的生物利用度。例如，用于治疗干眼症的水凝胶滴眼液，可以持续释放药物，缓解眼部干涩症状。

组织工程：

支架材料：水凝胶具有与生物组织相似的结构和性能，可作为组织工程支架材料，为细胞生长提供三维支撑环境。例如，用于骨组织工程的水凝胶支架可以搭载成骨细胞，促进骨再生；用于软骨组织工程的水凝胶支架可以模拟软骨的力学性能和生物功能，促进软骨修复。

细胞封装：将细胞封装在水凝胶中，保护细胞免受外界环境的影响，同时允许营养物质和代谢产物的交换。例如，胰岛细胞封装在水凝胶中用于治疗糖尿病，避免了免疫排斥反应。

伤口敷料：

保湿促进愈合：水凝胶敷料能够保持伤口湿润，为伤口愈合创造良好的环境。它可以吸收伤口渗出液，防止伤口干燥和结痂，促进肉芽组织生长和上皮细胞再生。

抗菌作用：一些水凝胶敷料含有抗菌成分，可以预防伤口感染。例如，含有银离子的水凝胶敷料具有良好的抗菌性能，可减少伤口感染的风险。

透气性能好：水凝胶敷料具有良好的透气性，允许氧气和水蒸气的交换，避免伤口缺氧和浸渍。

未来展望

这种创新的水凝胶材料将水凝胶粘附的容错性和按需固定性集成到单一材料中，充分凸显了天然蛋白基凝胶作为先进功能材料的巨大潜力。它有望在手工修复、全季节柔性传感器等各种应用中发挥重要作用，为相关领域带来新的发展机遇。相信在未来，随着科研人员的不断努力，水凝胶材料将不断突破创新，为我们的生活和科技发展创造更多的惊喜。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_557798.html
来源：贤集网
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