5秒粘合伤口还可“人机互粘”！MIT华人学者发明人体双面胶

在自然界湿润环境中生活的贻贝和蜘蛛，显然没有这种困扰，它们能够去除打仗面的水分从而形成强力粘合，科学家由此受到启示。

10 月 30 日，麻省理工学院机器工程系副教授赵选贺（Xuanhe Zhao）团队关于一种新型双面胶带（DST）的研究揭橥在《自然》杂志上。

在医学湿组织的粘附中，与缝合或钉合比较，粘合更具上风。
目前已有的组织粘合剂紧张依赖在组织表面水分中扩散其大分子单体或聚合物，来形成和湿组织的粘结。
但这类粘合剂尚不成熟：粘附速率太慢，粘协力衰，与组织的机器匹配性差，生物相容性低，并且未便利保存或利用。

图 | 新型双面胶与此前组织粘合剂比拟。
图 a 和图 b 为之前的产品，依赖组织表面水分中扩散大分子单体或聚合物来形成湿组织粘结。
图 c 和图 d 为新型双面胶，该聚合物能够快速干燥湿组织表面水分，在组织表面形成共价交联。
（来源：赵选贺）

麻省理工学院机器工程系副教授赵选贺（Xuanhe Zhao）团队提出干燥交联机理（dry-crosslinking），并发明了一种新型双面胶带（DST）。
新型双面胶由明胶或壳聚糖这类生物聚合物和聚丙烯酸- N -琥珀酰亚胺酯组成，这是一种可生物降解的材料。
其事理是，双面胶可以发生快速水合和溶胀，也便是说该聚合物能够快速干燥湿组织表面水分，从而与组织表面形成快速临时交联。
随后双面胶与组织表面的胺基形成共价交联，进一步增强了粘合的强度和长期稳定性。

这是一种受生物启示的、但不是仿制生物的设计。
赵选贺先容说，现有的研究大多仿制能在湿润环境中粘结的生物胶水的身分，例如个中的蛋白质。
他们的事情是基于理解贻贝、蜘蛛等在湿润环境下粘结的机理，然后用可以大规模生产的、廉价的、生物兼容的材料制造人体双面胶。

这一干燥效果在轻压组织表面（1 千帕斯卡）下即可实现。
体外小鼠、体内大鼠和离体猪的器官试验表明，无论在出血组织还是工程固体，这种双面胶可以在 5 秒内实现强力粘附。
研究职员认为，这种双面胶可以作为组织粘合剂和密封剂，用于可穿着设备和可植入设备与湿组织的粘附。

视频加载中...

视频 | 双面胶粘合猪的胃部伤口。
（来源：赵选贺）

现有的组织粘合剂的粘附韶光长于 1 分钟，并且它们的粘附性能包括韧性、剪切和拉伸强度，均弱于新型双面胶。
虽然坚韧水凝胶粘合剂可以实现靠近新型双面胶的韧性，但它须要在组织表面持续施压 5 分钟到 30 分钟才能实现有效粘附。

为了验证新型双面胶在跳动心脏的粘附性能，赵选贺将一个塑料贴片在 5 秒钟内粘在小老鼠跳动的心脏上，并保持在跳动心脏上稳定粘合很多天。

DeepTech：这项研究的打破是哪些？

赵选贺：第一个打破是在机理上。
我们提出了干燥交联（dry-crosslinking）机理，来实现体内器官等湿润表面的快速粘合，并保持粘合长期坚韧。

第二个打破是在生物胶水的形式上。
我们发明了人体双面胶，不须要光照、紫外线（UV）、加热、搅拌、涂抹等操作，直接像利用双面胶那样运用在器官和植入设备上。
与常用的液态生物胶水比较，更加方便年夜夫利用。

第三个打破是在生物胶水的性能上。
人体双面胶可以在 5 秒钟内粘合各种软湿器官以及植入设备，保持长期坚韧粘结和生物兼容，并且终极能实现生物降解。
例如，我们可以把一个塑料贴片在 5 秒钟内粘在小老鼠跳动的心脏上，并保持在跳动心脏上稳定粘合很多天。

DeepTech：与现有生物胶水比较，新型双面胶的湿组织粘附性能如何？新型双面胶的利用有什么特殊哀求吗？

赵选贺：现有的商用生物胶水都须要一分钟以上的粘合时间，而粘合韧性在 20 焦耳每平方米（Jm−2） 以下。
人体双面胶仅须要 5 秒钟粘合各种组织器官，粘合韧性可高达 1000 焦耳每平方米；此外，虽然坚韧水凝胶的粘合韧性可达 1000 焦耳每平方米，但是须要 5-30 分钟持续稳定按压才能形成粘结。

DeepTech：这个双面胶的材料是新的创造吗？

赵选贺：是的。
我们提出干燥粘合的新机理，设计了新的复合股料，办理了生物粘结和湿粘结领域的一个难题。
须要强调的是，人体双面胶的每个身分都是现有的生物质料，而且都利用在 FDA 批准的产品中。

DeepTech：对付一些正在出血的伤口，双面胶的止血效果如何呢？或者说，出血伤口在多大的情形下可以适用？

赵选贺：虽然没有在本文中报告，我们创造干燥交联机理可以很好地运用在出血伤口上。
我们正在做这方面的事情。

DeepTech：除了可穿着设备和可植入设备与湿组织的粘附，这个双面胶也能用于日常伤口粘合吗？以及这个双面胶会在什么时候能有推广？

赵选贺：虽然本研究侧重于用双面胶粘合体内器官和植入设备，但我们创造双面胶可以有效地粘合并处理日常伤口，乃至是糖尿病人的慢性伤口。
我们正在做这方面研究。

由于这个技能比较成熟，上风明显，可能救治很多病人，我们正在大力推广临床运用，也在考虑商业化。
其余，干燥交联机理和人体双面胶已经通过 MIT 申请专利。

图 | 赵选贺。
（来源：麻省理工学院）

赵选贺，美国麻省理工学院机器工程系副教授。
2003 年毕业于天津大学，2009 年博士毕业于哈佛大学机器工程系，师从国际著名力学家锁志刚教授。
2010 年，他加入杜克大学机器工程与材料科学系担当助理教授，2014 年加入麻省理工学院机器工程系担当副教授。
他目前的研究项目集中在固体力学、软材料、活性材料、生物质料、生物电子学和 3D 打印等交叉领域。