有望應(yīng)用于人機結(jié)合等多個生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的仿生納米粘合技術(shù)

研究背景

在自然界中，常青藤（Hedera helix）的附著盤通過氣根分泌的納米顆粒作為紐帶，可以與大樹、墻壁等形成牢固的黏附，這種強大的黏附能力可以承受附著盤自身重量的百萬倍，從而為植物整體攀爬提供堅實的支持。受到自然界的啟發(fā)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的俞書宏院士團隊與清華大學(xué)的馮雪教授團隊合作，成功開發(fā)出一種仿生納米粘合技術(shù)，有望應(yīng)用于組織工程、人機結(jié)合等多個生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

這種仿生納米粘合（nanohesion）采用強韌的水凝膠為基體，以活性納米顆粒為界面紐帶，可以瞬間粘附到任意基底材料上。由于活性納米顆粒是通過范德華力、氫鍵、靜電作用等物理鍵與基底結(jié)合的，因此無需對基底材料進(jìn)行任何物理或化學(xué)的預(yù)處理。實際上，對于許多工程制品，特別是用于人機結(jié)合的微電子產(chǎn)品而言，復(fù)雜的預(yù)處理大大增加了時間和經(jīng)濟成本，因此，仿生納米粘合的即開即用性能在實際應(yīng)用中具有重要意義。這一成果以“Designing nanohesives for rapid, universal, and robust hydrogel adhesion”為題發(fā)表在國際頂級期刊Nature Communications上，第一作者是中國科學(xué)院杭州醫(yī)學(xué)所的潘釗副研究員、清華大學(xué)柔性電子技術(shù)實驗室的****傅棋琪博士以及安徽醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院的****王默涵博士。

與常規(guī)的膠水以有機高分子為界面紐帶形成粘接不同，這項工作中，硬質(zhì)的無機納米顆粒表面經(jīng)過富含羧基的活性修飾，它們就像微觀的"紐扣"一樣，將柔軟的水凝膠緊緊固定在不同的固體表面上。而作為粘合基體的水凝膠被精心設(shè)計成雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過瓊脂糖的犧牲網(wǎng)絡(luò)作用，能夠吸收外界對粘合界面的破壞力，從而增強了粘合的耐久性和強度。這種方法與傳統(tǒng)的膠水粘合方式有著明顯的區(qū)別，為粘合技術(shù)帶來了新的可能性。

仿生納米粘合的普適性不僅限于工程材料，同樣適用于生物組織。無論是軟組織還是硬組織，甚至受體液、血液、油脂等污染的組織表面，仿生納米粘合都表現(xiàn)出了卓越的即開即用性能。基于這種廣泛適用的粘合性能，作者設(shè)計了一種植入式血管粘合纏繞式脈搏監(jiān)控器。

在研究中，他們使用仿生納米粘合劑將事先制備好的柔性應(yīng)變傳感器粘附到拉布拉多犬的股動脈上，形成了一種原位血管脈搏監(jiān)控器。與ECG心電圖信號進(jìn)行對比后，發(fā)現(xiàn)這種脈搏監(jiān)控器傳送的信號具有極高的準(zhǔn)確度。這種植入式血管粘合纏繞式脈搏監(jiān)控器有望用于術(shù)后監(jiān)測動脈搭橋、器官移植等重大手術(shù)后的血管吻合情況，實時反映患者體內(nèi)重建血管的健康狀態(tài)。

審核編輯：劉清