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具有濕粘接能力的高分子粘接劑在快速傷口閉合、緊急止血、可植入電子設(shè)備等生物醫(yī)學領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。然而，目前報導的大部分粘接劑對動態(tài)生物組織的濕粘接強度相對較弱，其主要原因是界面水合層的存在干擾了粘接劑和目標基質(zhì)表面之間的直接接觸和化學鍵合。另一方面，粘接劑的內(nèi)聚強度也具有重要影響，尤其在水下環(huán)境中，由于水分子的滲透作用，粘接劑會發(fā)生溶脹或降解，機械強度顯著降低，基體往往先于粘接界面被破壞。因此，如何通過分子結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控以實現(xiàn)高分子粘接劑界面作用力和內(nèi)聚強度的協(xié)同提升是亟需解決的關(guān)鍵科學問題。

針對以上問題，西安交大化學學院成一龍研究員課題組提出了一種全新的通用設(shè)計策略用于構(gòu)筑聚合物濕粘接劑（UPGAs），該粘接劑由苯丙氨酸衍生物N-丙烯酰苯丙氨酸（APA）和親水性乙烯基單體通過自由基聚合一步法構(gòu)建。通過側(cè)基疏水性、取代基、取代基位置的系統(tǒng)調(diào)控，結(jié)合基體和界面分析證明了苯丙氨酸獨特的分子結(jié)構(gòu)（苯環(huán)和羧基位于同一結(jié)構(gòu)單元）可以同時實現(xiàn)界面排水和鍵合以及基體增強，從而與生物組織建立快速（5 s）、牢固（173 kPa）的水下粘接。此外，UPGAs粘度可調(diào)，滿足可注射需求，可以在不同基底材料表面快速固化粘接，并且適用于不同pH環(huán)境。UPGAs可以作為止血劑進行快速傷口閉合和緊急止血，尤其針對臨床上挑戰(zhàn)性止血場景，包括不可壓縮性的內(nèi)臟出血以及形狀不規(guī)則的高壓動脈、靜脈出血等。值得注意的是，通過與不同親水性單體共聚，證實了APA作為疏水組分在UPGAs構(gòu)筑中的普適性和通用性，并可能通過苯丙氨酸功能化擴展到生物大分子或其他聚合物基的水下粘接劑體系中。以上結(jié)果均表明該研究的分子設(shè)計原理將為開發(fā)新型高分子粘接劑提供有益的參考，同時在微創(chuàng)手術(shù)治療、緊急自救、生物電子設(shè)備體內(nèi)固定和植入等方面顯示出巨大應用潛力。

圖1.水引發(fā)固化膠水狀聚合物水下組織粘接劑的設(shè)計策略

以上研究成果以“Molecular Architecture Regulation for the Design of Instant and Robust Underwater Adhesives”為題發(fā)表在《Science Advances》上。西安交通大學化學學院博士生于靜為本論文的第一作者，通訊作者為西安交通大學化學學院成一龍研究員。西安交通大學儲能材料與器件教育部工程研究中心為論文第一署名單位。該研究工作得到了國家自然科學基金、西安交通大學“青年拔尖人才支持計劃”等項目的支持。論文的表征及測試得到了西安交通大學分析測試共享中心的大力支持。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg4031

成一龍研究員課題組主頁：http://gr.xjtu.edu.cn/en/web/yilongcheng/home