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  能在濕潤動物組織表面形成強韌濕黏附（wet adhesion）的水凝膠受到了越來越多的關注。目前主要由兩種策略實現水凝膠強韌的濕黏附，一是將制備好的黏附水凝膠按壓在組織上；二是將水凝膠前體溶液滴在濕潤組織表面，然后再給予刺激，使溶液原位形成水凝膠并粘附在組織上。但是，組織上的界面水（interfacial water）和通過化學鍵交聯的水凝膠網絡極大地限制了水凝膠和濕潤組織之間的黏附作用。為了消除界面水和化學交聯對水凝膠形成強韌黏附的限制，邊黎明教授團隊制備了一種能吸收動物組織表面的界面水并在原位形成具有強韌黏附水凝膠的聚乙烯亞胺/聚丙烯酸（PEI/PAA）粉末。

  PEI/PAA粉末的制備過程如圖1a所示，將PEI和PAA水溶液充分混合得到PEI/PAA復合物。隨后將PEI/PAA復合物經過冷凍干燥和粉碎后，就能得到PEI/PAA粉末。基于高分子之間強物理作用和高分子的擴散，PEI/PAA粉末能快速吸水并在2秒內形成水凝膠（圖1）。

圖1. PEI/PAA粉末的制備及其遇水形成水凝膠的過程。

  將PEI/PAA粉末灑在濕潤的基板上后，PEI/PAA粉末能快速吸收界面水形成PEI/PAA水凝膠。同時，PEI/PAA水凝膠表面的官能團能和基板表面的官能團通過物理作用結合，從而能在2秒內促發黏附。隨后，水凝膠中通過物理作用交聯的高分子能擴散到基板的網絡里，和基板的網絡形成互穿網絡，增強水凝膠的黏附作用。將粉末灑在聚丙烯酰胺水凝膠和多種動物組織表面后，PEI/PAA粉末能快速吸收界面水在原位形成水凝膠并黏附在基板上。隨后將樣品浸泡在溶液30天或者12小時，水凝膠仍然能牢固地黏附在基板上（圖2）。除此之外，PEI/PAA粉末還能作為密封劑，有效地修補豬胃和豬小腸的穿孔。

圖2. PEI/PAA粉末的濕黏附機理及其黏附行為。

  為了進一步證實PEI/PAA粉末作為密封劑的有效性，以大鼠的胃穿孔為模型，對比了傳統縫線、纖維蛋白膠（fibrin glue）和PEI/PAA粉末促進胃穿孔愈合的效果。治療7天后，從宏觀來看，用PEI/PAA粉末治療的傷口比縫合線和纖維蛋白凝膠治療組表現出更好的愈合效果。H＆E染色顯示，用PEI/PAA粉末治療組的胃黏膜完全橋接，但是縫線組和纖維蛋白膠組穿孔處的黏膜并未愈合。另外，PEI/PAA粉末治療組在肉芽組織中顯示出最高的PCNA（增殖細胞核抗原，G1/S期的增殖細胞的標志物）陽性上皮細胞百分比和最高的血管密度。綜上，PEI/PAA粉末能有效地密封胃穿孔并促進傷口的愈合（圖3）。

圖3. 利用PEI/PAA粉末、縫線和纖維蛋白膠治療大鼠胃穿孔的對比。

  由于該粉末具有極強的濕黏附且制備使用極其簡單，相信該粉末的應用能被進一步拓展到止血劑、藥物載體和可穿戴器件等應用上。這項研究結果于近期以“Ultrafast self-gelling powder mediates robust wet adhesion to promote healing of gastrointestinal perforations”為標題發表在《Science Advances》上。

  該工作第一作者為香港中文大學生物醫學工程系彭欣博士，合作通訊作者是香港中文大學外科學系趙偉仁教授，通訊作者邊黎明教授。

  文章鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/7/23/eabe8739

  作者簡介：

  邊黎明教授2021年入職華南理工大學生物醫學科學與工程學院，現任長江學者特聘教授。邊教授長期致力于發展先進納米材料與水凝膠材料在生物醫學領域的應用，并且逐漸建立了從基礎材料學，生物醫學研究到醫療應用研究的多方向的深度研究。邊教授課題組近期在高水平學術期刊發表多篇論文。

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