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果是令人失望的。對醫(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，它們都會使得對眾多內(nèi)部損傷的修復復雜化。如今使用的很多膠粘制品對細胞是有毒性的，當處于干燥時，它們?nèi)狈�彈性，而且不能夠強力地結合到生物組織上。

　　圖片來自Wyss Institute at Harvard University

　　如今，在一項新的研究中，來自中國清華大學和美國哈佛大學等研究機構的研究人員制造出一種超強的“強力膠粘劑(tough adhesive)”。這種強力膠粘劑是生物相容性的，能夠結合到組織上，而且這種結合強度與人體自身的有彈性的軟骨相比擬，此外即便當組織濕潤時，這種強力膠粘劑也能夠發(fā)揮作用。相關研究結果發(fā)表在2017年7月28日的Science期刊上，論文標題為“Tough adhesives for diverse wet surfaces”。

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

　　當論文第一作者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的一名助理教授)開始思考如何改進現(xiàn)有的醫(yī)用膠粘劑時，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(學名：Arion subfuscus)的鼻涕蟲在美國的部分地區(qū)和歐洲比較常見。當遭受威脅時，它會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。科學家們之前已確定這種膠粘物由一種堅韌的基質(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和他的同事們構建一種強力膠粘劑，這種強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制結合到生物組織上：靜電吸引到帶負電荷的細胞表面上，相鄰原子間形成的共價鍵和物理滲透，這就使得這種膠粘劑非常強力。但是，這種基質(zhì)層同樣重要，Li說，“大多數(shù)之前的材料設計僅關注組織和膠粘劑之間的界面。我們的強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團隊設計的這個基質(zhì)層含有鈣離子，這些鈣離子通過離子鍵結合到這種藻酸鹽水凝膠上。當給這種強力膠粘劑施加壓力時，這些“具有犧牲精神的”離子鍵首先被打開，從而允許基質(zhì)層在它的結構被破壞之前吸收大量的能量。在實驗性測試中，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力膠粘劑的粘合，而且當這種破壞發(fā)生時，僅這種水凝膠本身遭到破壞，這種強力膠粘劑與組織之間的粘合并未受到破壞，這就證實這種強力膠粘劑具有史無前例的高粘合強度和基質(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、動脈和肝臟)上測試他們的強力膠粘劑，結果發(fā)現(xiàn)它比其他的醫(yī)用膠粘劑顯著更強力地結合到所有的這些組織上。當移植到大鼠體內(nèi)兩周后，或者當被用來密封豬心臟上的洞后通過機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，這種強力膠粘劑仍然維持它的穩(wěn)定性和粘合性。此外，當在發(fā)生肝破裂出血的小鼠中使用時，它并不導致組織損傷，而且也不會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導致這些副作用產(chǎn)生。

　　這種高性能的強力膠粘劑在醫(yī)學領域具有眾多潛在的應用，比如作為補片(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)學設備附著到它們的靶結構(如心臟)上。論文共同作者Adam Celiz博士(如今是英國帝國理工學院生物工程系的一名講師)說，“這種強力膠粘劑具有廣泛的應用。我們能夠利用生物可降解的材料制造這種強力膠粘劑，因此一旦完成它們的任務，它們就降解。我們甚至能夠將這種技術與軟機器人技術(soft robotics)相結合，制造出粘性機器人，或者將這種技術與藥物相結合，制造出一種新的藥物運送載體。”