科学家开发出生物医学水凝胶的新粘合方法

该图强调了两种水凝胶（以蓝色显示）如何通过壳聚糖薄膜（以橙色显示）以不同方式粘合。形成的纽带非常牢固，可以抵抗高张力。

研究人员表示，他们创造了一种方法来粘合由相同或不同类型的水凝胶和其他聚合物材料制成的层。

哈佛大学维斯仿生工程研究所和哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 的一个团队进行了这项研究。他们创造了一种简单、通用的方法，可以使用壳聚糖薄膜立即有效地粘合这些层。壳聚糖是一种纤维状糖基材料，来自加工过的贝类外骨骼。

该团队成功地将他们的新方法应用于许多未解决的医疗问题。他们用它来保护性地冷却组织，封闭血管损伤，并防止身体内部表面出现不必要的“手术粘连”，而这些粘连不应相互粘连。该团队在《美国国家科学院院刊》  （PNAS）上发表了他们的研究结果。

“壳聚糖薄膜能够有效地组装、微调和保护体内及体外的水凝胶，为再生医学和外科护理设备的制造提供了许多新的机会，”资深作者、维斯研究所创始核心教员大卫·穆尼 (David Mooney  )说道“它们的应用速度、简便性和有效性使其成为高度通用的工具和组件，可用于手术期间通常在短时间内进行的体内组装过程，以及在制造设施中简单地制造复杂的生物材料结构。”

共同第一作者、前 Wyss 研究员本杰明·弗里德曼 (Benjamin Freedman) 与穆尼 (Mooney) 共同领导了“坚韧粘合剂”的开发。他们的目标是开发一系列使用可拉伸水凝胶的再生医学方法。该团队希望促进伤口愈合和组织再生。

弗里德曼说，他们希望以快速、安全和简单的过程将两种或多种水凝胶组合成复杂的组件。通过生物材料筛选方法，他们发现了壳聚糖。他们发现，这些薄膜通过与传统水凝胶粘合方法不同的化学和物理相互作用实现了水凝胶的快速而牢固的粘合。

壳聚糖的糖链不会产生新的化学键，而是会快速吸收水凝胶层之间的水分。它们与水凝胶的聚合物链缠结，形成多重键。这在水凝胶之间产生的粘合力超过了传统方法产生的粘合力。

研究人员开始在不同的医疗应用中测试他们的方法。他们表明，粘合剂可以像受伤的手指一样包裹在圆柱形形状上，作为自粘绷带，以改善伤口护理。该应用还可以对人体皮肤下方进行局部冷却。怀斯说，这可能会带来替代性烧伤治疗方法。

此外，研究小组将表面经过壳聚糖薄膜修饰的水凝胶无缝地包裹在肠、肌腱和周围神经组织周围，而不与组织本身粘合。

“这种方法提供了在手术期间有效地将组织彼此隔离的可能性，否则可能会形成‘纤维化粘连’，有时会造成毁灭性的后果。它们的预防是一项未满足的临床需求，商业技术尚无法充分解决，”弗里德曼说。