现有的组织粘接剂主要以液体或湿水凝胶的形式存在，其分子通过界面水的扩散与组织的聚合物网络形成键。在自然界中，物质(例如，贻贝、藤壶和蜘蛛网胶)通常通过去除界面水，在潮湿环境中形成粘附。本文受此启发，设计了一种采用干交联机制去除界面水并在湿组织上形成粘附的干燥双面胶带（dry double-sided tape, DST）。

麻省理工学院的赵选贺教授团队，通过聚丙烯酸接枝N-羟基丁二酰亚胺酯(PAAc-NHS ester)，交联生物可降解的甲基丙烯酸明胶制备了一种DST。DST通过去除组织表面的界面水，形成与表面的快速临时交联，随后与组织表面上的胺基共价交联进一步改善其稳定性及强度。该工作以“Dry double-sided tape for adhesion of wet tissues and devices”为题将发表在19 的《Nature》上。

机理

DST由 PAAc-NHS酯和可生物降解的生物聚合物所组成的。为了提供稳定的粘附力，在PAAc上接枝NHS酯基，NHS酯基可以在几分钟内与各种组织上的伯胺基共价偶联，而不需要进一步的压力。PAAc - NHS酯中带负电荷的羧酸基团有利于DST快速水合作用和溶胀，同时，羧酸基团与组织表面会形成分子间键(例如,氢键和静电相互作用)。DST的降解性与可生物降解的生物聚合物（明胶、壳聚糖）有关，可以通过调节DST的组成来控制DST的体外降解速率。

图1. 干DST和干交联机制的粘附湿组织和设备

粘附性能

现有的组织粘接剂需要相对较长的时间才能形成粘连（大于1min），并且在湿组织上表现出有限的粘附性能（界面韧性小于20 J/m²，剪切和拉伸强度小于45 kPa)。DST可以在接触湿猪皮并施加小于5秒的温和压力（1 kPa）时，产生坚韧（界面韧性超过710 J/m²）且强大（剪切和拉伸强度超过120 kPa）的粘附性。在按压48h后，DST粘附的组织界面韧性和强度下降相对较小（小于10%）（图2）。

图2. DST的粘附性能

体内实验

使用DST将热塑性聚氨酯（TPU）贴片粘附在大鼠心脏的心外膜表面，在轻轻按压5秒后可以粘附在搏动的大鼠心脏的外膜，并且在植入3天后，DST - TPU贴片仍能保持与大鼠心脏表面形成较好的粘附。且DST-TPU贴片诱导的炎症反应程度与缝合的TPU贴片相当。明胶基的DST以及壳聚糖基的DST在植入两周后都未观察到对周围真皮和肌肉层的重大损伤，明胶基DST更明显的炎症反应可能是由于明胶比壳聚糖更快的生物降解以及随后对周围组织的影响，包括更高程度的吞噬反应。

图3. DST的体内粘附性、生物相容性和生物降解性

DST应用

DST与可降解的坚韧水凝胶贴片结合，可对撕裂、漏气的肺叶和气管形成气密密封。此外，它为充满液体的穿孔胃(1厘米宽的孔)和解剖的小肠提供了流体密封。DST还可用于将设备粘附到动态和可变形的组织上。例如，使用DST将含有模拟药物(荧光素)的水凝胶贴片粘附到跳动的离体猪心脏上(引入周期性加压空气输入来模拟心跳)。粘附的DST贴片在跳动的心脏上保持粘附超过12小时，没有任何粘附下降的迹象。

图4. DST的潜在应用

参考文献：

Hyunwoo Yuk, Claudia E. Varela, Christoph S. Nabzdyk, Xinyu Mao, Robert F. Padera, Ellen T. Roche, Xuanhe Zhao. Dry double-sided tape for adhesion of wet tissues and devices. Nature, 2019, 575(7781): 169–174.

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1710-5