中山大学吴丁财教授团队 Adv. Mater.：具有超低溶胀、耐超高爆破压和抗术后组织粘连等特性的超结构湿性粘合水凝胶

2023-12-27 来源：高分子科技

湿性粘合水凝胶一旦与湿组织接触，就会快速形成大量氢键，然后形成共价键，从而获得强粘附性。因此，湿性粘合水凝胶作为一种潜在的软组织修复材料已被广泛报道。然而，湿性粘合水凝胶在体内潮湿环境中表现出严重的溶胀，粘合强度和机械性能随之显著减弱，导致无法满足高爆破压软组织的修复要求，并易引发严重的术后粘连。

近期，中山大学吴丁财教授团队通过湿气诱导相分离和溶剂交换策略获得不对称多孔PVA水凝胶作为力学耗散层和防粘连层，随后采用原位光固化技术将PAAc-N⁺湿性粘合层与PVA耗散层的多孔面复合在一起，获得一种超结构湿性粘合水凝胶（PVA/PAAc-N⁺，图1）。得益于耗散层的高结晶度以及湿性粘合层中季铵阳离子和羧酸根阴离子之间的离子交联，PVA/PAAc-N⁺在不牺牲粘合强度（63.1 kPa）的情况下具有超低溶胀率（0.29）；由于耗散层的多孔表面能够促进湿性粘合层与坚韧耗散层界面处的机械互锁，PVA/PAAc-N⁺具有高达493 mm Hg的超高平均爆破压（图2）。PVA/PAAc-N⁺在猪心破损出血模型中显示了快速的封堵能力，在大鼠肝脏粘附模型中具有长效稳定粘合（14天）和防术后组织粘连性能（图3）。总之，该超结构多孔水凝胶具有超低溶胀、耐超高爆破压和抗术后组织粘连等特性，在组织修复领域具有诱人的应用前景。该工作以“Super-Structured Wet-Adhesive Hydrogel with Ultralow Swelling, Ultrahigh Burst Pressure Tolerance, and Anti-Postoperative Adhesion Properties for Tissue Adhesion”为题发表在《Advanced Materials》上（Advanced Materials, 2023, DOI: 10.1002/adma.202305400）。中山大学化学学院博士生马鹏威和中山大学附属第六医院博士后梁伟文为论文共同第一作者。黄榕康副主任医师、沈慧勇教授、王辉主任医师以及吴丁财教授为论文共同通讯作者。

图1. （a）经典湿性粘合水凝胶和我们的超结构湿性粘合水凝胶（PVA/PAAc-N⁺）的抗溶胀和湿性粘合示意图；（b）PVA/PAAc-N⁺的制备和结构，其制备过程包括湿气诱导相分离、溶剂交换、原位光固化、洗涤和轻度空气干燥；（c）我们的PVA/PAAc-N⁺兼具超低溶胀率和耐超高爆破压，可在猪心破损出血模型中实现快速且强的湿性粘合。

图2. （a）PVA水凝胶的数码照片；（b）PVA水凝胶顶部表面的冷冻SEM图像；（c）PVA/PAAc-N⁺的横截面显微图像；（d）PAAc和PVA/PAAc-N⁺在37℃去离子水中浸泡3天后的数码照片；（e）PAAc和PVA/PAAc-N⁺在37℃去离子水中的质量溶胀率；（f）PVA/PAAc-N⁺和一些最近报道的湿性粘合剂的质量溶胀率对比；（g）PVA/PAAc-N⁺与猪心和猪肠紧密粘附的数码照片；（h）PVA/PAAc-N⁺与猪皮之间的剪切强度和界面韧性；（i）爆破压力测试装置示意图；（j）PAAc、PAAc-N⁺和PVA/PAAc-N⁺的爆破压力；（k）PVA/PAAc-N⁺和一些最近报道的湿性粘合剂的爆破压力对比。

图3. （a）PVA/PAAc-N⁺治疗猪心破损出血手术过程说明和数码照片；（b）在大鼠肝脏粘附实验中，不同样品（PAAc、PVA/PAAc和PVA/PAAc-N⁺）手术过程图示以及术后第14天的数码照片；（c）猪心破损出血手术期间收缩压的动态变化；（d）大鼠肝脏粘附实验术后第14天PAAc和PVA/PAAc-N⁺对组织的粘连程度、粘连类型和粘连韧度的定量评分分析；（e）大鼠肝脏粘附实验术后第14天PAAc、PVA/PAAc和PVA/PAAc-N⁺的脱落率。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202305400

吴丁财教授课题组网址：http://www.polymer.cn/ss/wudc/profile.html

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（责任编辑：xu）

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