一觸即合，再難不倒！天然蛋白基油水凝膠粘合劑讓修復(fù)工作更精準(zhǔn)、更高效
文章來源：賢集網(wǎng) 更新時(shí)間：2024-09-18 15:51:06
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在生物醫(yī)學(xué)的廣闊領(lǐng)域中，水凝膠正以其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用潛力，成為眾多科研人員關(guān)注的焦點(diǎn)。從藥物輸送到組織工程，從傷口敷料到診斷傳感器，水凝膠在生物醫(yī)學(xué)的各個(gè)方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。讓我們一同深入探索水凝膠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的奇妙應(yīng)用。 一、水凝膠的潛力與挑戰(zhàn) 在先進(jìn)工程材料的廣闊領(lǐng)域中，水凝膠展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢瑐鹘y(tǒng)水凝膠存在強(qiáng)度低、易碎等問題，成為其廣泛應(yīng)用的阻礙。為解決這些難題，科研人員積極探索增韌機(jī)制。天然水凝膠以其獨(dú)特的分級(jí)結(jié)構(gòu)為研究提供了思路。自 2000 年以來，科研人員通過引入結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和能量耗散機(jī)制，如雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠和多級(jí)結(jié)構(gòu)水凝膠，顯著提升了水凝膠的機(jī)械性能。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過約二十年的研發(fā)，高性能水凝膠的斷裂能量和疲勞閾值已達(dá)到新的高度。例如，某些高性能水凝膠的斷裂能量可達(dá)到傳統(tǒng)水凝膠的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，這使得其在人工軟骨等應(yīng)用中具有極高的潛力。同時(shí)，研究人員還在探索利用生物系統(tǒng)的策略，開發(fā)自愈合和各向異性的水凝膠，以適應(yīng)復(fù)雜的使用環(huán)境。  二、新型水凝膠粘合劑的突破 水凝膠粘合劑在傷口敷料、生物醫(yī)學(xué)植入物和柔性電子產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，對(duì)于自粘水凝膠來說，調(diào)和粗糙表面適應(yīng)性和內(nèi)在強(qiáng)度的沖突要求一直是一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)。 為了攻克這一難題，國(guó)科溫州研究院與四川大學(xué)、河南理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的策略。他們基于牛血清白蛋白（BSA）與合成聚合物（PAAm）的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，成功制備出一種柔軟且具有自粘性的油水凝膠（OHG）。這種天然白蛋白基油水凝膠（BSA/PAAm DN OHGs）通過一鍋法合成，能夠立即粘附到各種基質(zhì)材料的表面，實(shí)現(xiàn)無縫貼合，并且具有可逆粘附性能，方便進(jìn)行容錯(cuò)貼合操作。 在確認(rèn)貼合位置正確后，只需一個(gè)簡(jiǎn)短的加熱步驟，就能誘導(dǎo) BSA 分子展開、聚集，形成剛性的 BSA 網(wǎng)絡(luò)，使凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)韌而超強(qiáng)韌黏附的狀態(tài)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，這種水凝膠在加熱后的附著力可從初始的較低水平顯著提高到特定數(shù)值，比如從幾百焦耳每平方米提高到 2800J/m²。  三、卓越的性能與廣泛的應(yīng)用 天然白蛋白基油水凝膠在包括金屬（鋁、銅、鈦、鋼等）和聚合物（尼龍、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、3M Tape 等）等多種材料上都展現(xiàn)出了超高的黏附效果。尤為值得注意的是，在沒有任何表面修飾的情況下，它在非多孔基材上表現(xiàn)出極高的界面粘附。 在粘合劑的實(shí)際應(yīng)用中，貼錯(cuò)是一個(gè)常見的問題。傳統(tǒng)的可逆粘合劑雖然具有可重新定位的優(yōu)勢(shì)，但粘合強(qiáng)度有限；而強(qiáng)力膠等液體粘合劑雖然附著力強(qiáng)，但固化速度快，難以糾正錯(cuò)誤黏附。而 BSA/PAAm DN OHG 則引入了一種新型的粘合劑解決方案，將容錯(cuò)性與可調(diào)的附著力完美協(xié)同起來。它可以可逆地附著在玻璃基板上，并在不留下殘留物的情況下分離，允許多次重新附著，且在多次嘗試中界面韌性保持不變。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在 5 次應(yīng)用嘗試中，其界面韌性保持在約為 550J/m²。在達(dá)到所需定位后，通過加熱，附著力可以顯著提高。  四、水凝膠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域還有哪些應(yīng)用？ 藥物輸送： 控制釋放：水凝膠可以作為藥物載體，根據(jù)環(huán)境刺激（如溫度、pH 值、酶等）實(shí)現(xiàn)藥物的控制釋放。例如，在腫瘤治療中，可以設(shè)計(jì)對(duì)腫瘤微環(huán)境敏感的水凝膠，在腫瘤部位精準(zhǔn)釋放藥物，提高治療效果并減少副作用。 局部給藥：用于眼部、皮膚等部位的局部給藥。水凝膠可以與藥物結(jié)合形成貼片或凝膠劑，延長(zhǎng)藥物在作用部位的停留時(shí)間，提高藥物的生物利用度。例如，用于治療干眼癥的水凝膠滴眼液，可以持續(xù)釋放藥物，緩解眼部干澀癥狀。 組織工程： 支架材料：水凝膠具有與生物組織相似的結(jié)構(gòu)和性能，可作為組織工程支架材料，為細(xì)胞生長(zhǎng)提供三維支撐環(huán)境。例如，用于骨組織工程的水凝膠支架可以搭載成骨細(xì)胞，促進(jìn)骨再生；用于軟骨組織工程的水凝膠支架可以模擬軟骨的力學(xué)性能和生物功能，促進(jìn)軟骨修復(fù)。 細(xì)胞封裝：將細(xì)胞封裝在水凝膠中，保護(hù)細(xì)胞免受外界環(huán)境的影響，同時(shí)允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的交換。例如，胰島細(xì)胞封裝在水凝膠中用于治療糖尿病，避免了免疫排斥反應(yīng)。 傷口敷料： 保濕促進(jìn)愈合：水凝膠敷料能夠保持傷口濕潤(rùn)，為傷口愈合創(chuàng)造良好的環(huán)境。它可以吸收傷口滲出液，防止傷口干燥和結(jié)痂，促進(jìn)肉芽組織生長(zhǎng)和上皮細(xì)胞再生。 抗菌作用：一些水凝膠敷料含有抗菌成分，可以預(yù)防傷口感染。例如，含有銀離子的水凝膠敷料具有良好的抗菌性能，可減少傷口感染的風(fēng)險(xiǎn)。 透氣性能好：水凝膠敷料具有良好的透氣性，允許氧氣和水蒸氣的交換，避免傷口缺氧和浸漬。 未來展望 這種創(chuàng)新的水凝膠材料將水凝膠粘附的容錯(cuò)性和按需固定性集成到單一材料中，充分凸顯了天然蛋白基凝膠作為先進(jìn)功能材料的巨大潛力。它有望在手工修復(fù)、全季節(jié)柔性傳感器等各種應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，為相關(guān)領(lǐng)域帶來新的發(fā)展機(jī)遇。相信在未來，隨著科研人員的不斷努力，水凝膠材料將不斷突破創(chuàng)新，為我們的生活和科技發(fā)展創(chuàng)造更多的驚喜。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_557798.html 來源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。 |
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