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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(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前報(bào)導(dǎo)的大部分粘接劑對(duì)動(dòng)態(tài)生物組織的濕粘接強(qiáng)度相對(duì)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(biāo)基質(zhì)表面之間的直接接觸和化學(xué)鍵合。另一方面，粘接劑的內(nèi)聚強(qiáng)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(huì)發(fā)生溶脹或降解，機(jī)械強(qiáng)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(shí)現(xiàn)高分子粘接劑界面作用力和內(nèi)聚強(qiáng)度的協(xié)同提升是亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。

針對(duì)以上問題，西安交大化學(xué)學(xué)院成一龍研究員課題組提出了一種全新的通用設(shè)計(jì)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(dú)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(shí)實(shí)現(xiàn)界面排水和鍵合以及基體增強(qiáng)，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?jiǎng)┻M(jìn)行快速傷口閉合和緊急止血，尤其針對(duì)臨床上挑戰(zhàn)性止血場(chǎng)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(dòng)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(shí)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(kuò)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(jì)原理將為開發(fā)新型高分子粘接劑提供有益的參考，同時(shí)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(yīng)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(jì)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(xué)化學(xué)學(xué)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(xué)化學(xué)學(xué)院成一龍研究員。西安交通大學(xué)儲(chǔ)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(guó)家自然科學(xué)基金、西安交通大學(xué)“青年拔尖人才支持計(jì)劃”等項(xiàng)目的支持。論文的表征及測(cè)試得到了西安交通大學(xué)分析測(cè)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