曾經(jīng)試圖將創(chuàng)可貼粘在潮濕的皮膚上的任何人都知道結(jié)果是令人失望的。對(duì)醫(yī)用膠粘劑來說，濕皮膚并不是唯一的挑戰(zhàn)：人體充滿著血液、血清和其他的液體，它們都會(huì)使得對(duì)眾多內(nèi)部損傷的修復(fù)復(fù)雜化。如今使用的很多膠粘制品對(duì)細(xì)胞是有毒性的，當(dāng)處于干燥時(shí)，它們?nèi)狈�彈性，而且不能夠�?qiáng)力地結(jié)合到生物組織上。

　　圖片來自Wyss Institute at Harvard University

　　如今，在一項(xiàng)新的研究中，來自中國(guó)清華大學(xué)和美國(guó)哈佛大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的研究人員制造出一種超強(qiáng)的“強(qiáng)力膠粘劑(tough adhesive)”。這種強(qiáng)力膠粘劑是生物相容性的，能夠結(jié)合到組織上，而且這種結(jié)合強(qiáng)度與人體自身的有彈性的軟骨相比擬，此外即便當(dāng)組織濕潤(rùn)時(shí)，這種強(qiáng)力膠粘劑也能夠發(fā)揮作用。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年7月28日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Tough adhesives for diverse wet surfaces”。

　　論文通信作者、哈佛大學(xué)威斯生物啟發(fā)工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)創(chuàng)始核心成員、哈佛大學(xué)約翰-保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(John A. Paulson School of Engineering and applied Sciences, SEAS)教授Dave Mooney博士說，“我們的強(qiáng)力膠粘劑的關(guān)鍵特征是將一種非常強(qiáng)的粘合力與轉(zhuǎn)移和釋放壓力的能力結(jié)合在一起。在此之前，這種整合是不能在一種膠粘劑中實(shí)現(xiàn)的。”

　　當(dāng)論文第一作者Jianyu Li博士(之前是威斯生物啟發(fā)工程研究所的博士后研究員，如今是加拿大麥吉爾大學(xué)的一名助理教授)開始思考如何改進(jìn)現(xiàn)有的醫(yī)用膠粘劑時(shí)，他意想不到地在鼻涕蟲中發(fā)現(xiàn)了一種液體。一種被稱作Dusky Arion(學(xué)名：Arion subfuscus)的鼻涕蟲在美國(guó)的部分地區(qū)和歐洲比較常見。當(dāng)遭受威脅時(shí)，它會(huì)分泌一種特殊的粘液，就地將它自己膠粘起來，從而使得捕食者很難將它從它膠粘的表面上撬開。科學(xué)家們之前已確定這種膠粘物由一種堅(jiān)韌的基質(zhì)組成，而且這種基質(zhì)上布滿著帶電荷的蛋白。這就啟發(fā)Li和他的同事們構(gòu)建一種強(qiáng)力膠粘劑，這種強(qiáng)力膠粘劑是雙層水凝膠，由一種藻酸鹽-聚丙烯酰胺基質(zhì)層和由這種基質(zhì)層支撐著的一種粘合劑層組成，這種粘合劑層具有從它的表面上伸出去的帶正電荷的聚合物。

　　這些帶正電荷的聚合物通過三種機(jī)制結(jié)合到生物組織上：靜電吸引到帶負(fù)電荷的細(xì)胞表面上，相鄰原子間形成的共價(jià)鍵和物理滲透，這就使得這種膠粘劑非常強(qiáng)力。但是，這種基質(zhì)層同樣重要，Li說，“大多數(shù)之前的材料設(shè)計(jì)僅關(guān)注組織和膠粘劑之間的界面。我們的強(qiáng)力膠粘劑能夠通過它的基質(zhì)層消散能量，這就能夠讓它在斷裂之前大量變形。”

　　Mooney團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的這個(gè)基質(zhì)層含有鈣離子，這些鈣離子通過離子鍵結(jié)合到這種藻酸鹽水凝膠上。當(dāng)給這種強(qiáng)力膠粘劑施加壓力時(shí)，這些“具有犧牲精神的”離子鍵首先被打開，從而允許基質(zhì)層在它的結(jié)構(gòu)被破壞之前吸收大量的能量。在實(shí)驗(yàn)性測(cè)試中，相比于其他的醫(yī)用膠粘劑，需要三倍多的能量來破壞這種強(qiáng)力膠粘劑的粘合，而且當(dāng)這種破壞發(fā)生時(shí)，僅這種水凝膠本身遭到破壞，這種強(qiáng)力膠粘劑與組織之間的粘合并未受到破壞，這就證實(shí)這種強(qiáng)力膠粘劑具有史無前例的高粘合強(qiáng)度和基質(zhì)韌性。

　　這些研究人員在多種干燥的和潮濕的豬組織(包括皮膚、軟骨、心臟、動(dòng)脈和肝臟)上測(cè)試他們的強(qiáng)力膠粘劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它比其他的醫(yī)用膠粘劑顯著更強(qiáng)力地結(jié)合到所有的這些組織上。當(dāng)移植到大鼠體內(nèi)兩周后，或者當(dāng)被用來密封豬心臟上的洞后通過機(jī)械手段讓該豬心臟膨脹和收縮隨后讓它遭受數(shù)萬輪拉伸，這種強(qiáng)力膠粘劑仍然維持它的穩(wěn)定性和粘合性。此外，當(dāng)在發(fā)生肝破裂出血的小鼠中使用時(shí)，它并不導(dǎo)致組織損傷，而且也不會(huì)粘合到周圍的組織上，但是萬能膠和一種商業(yè)的基于凝血酶的膠粘劑的使用會(huì)導(dǎo)致這些副作用產(chǎn)生。

　　這種高性能的強(qiáng)力膠粘劑在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有眾多潛在的應(yīng)用，比如作為補(bǔ)片(patch)，能夠被切割成合適的大小，用于組織表面上，或者作為一種可注射的溶液，將它注射到更深的損傷部位中。它也能夠被用來將醫(yī)學(xué)設(shè)備附著到它們的靶結(jié)構(gòu)(如心臟)上。論文共同作者Adam Celiz博士(如今是英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院生物工程系的一名講師)說，“這種強(qiáng)力膠粘劑具有廣泛的應(yīng)用。我們能夠利用生物可降解的材料制造這種強(qiáng)力膠粘劑，因此一旦完成它們的任務(wù)，它們就降解。我們甚至能夠?qū)⑦@種技術(shù)與軟機(jī)器人技術(shù)(soft robotics)相結(jié)合，制造出粘性機(jī)器人，或者將這種技術(shù)與藥物相結(jié)合，制造出一種新的藥物運(yùn)送載體。”