100%固含UV醫(yī)用膠,可水下使用,粘接強(qiáng)度比商用CA膠高4倍
隨著科技的日益進(jìn)步,醫(yī)療手段越來越發(fā)達(dá),科學(xué)家們陸續(xù)研究出醫(yī)用膠黏劑,用于愈合傷口,以代替耗時(shí)更長(zhǎng)的針線縫合。
2020年,江南大學(xué)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在《生物大分子》發(fā)表了“Photocurable Hyperbranched Polymer Medical Glue for Water-Resistant Bonding”,介紹了無溶劑光固化醫(yī)用膠黏劑。
這款醫(yī)用膠黏劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與制備方式如下所示:
首先,使用雙官能度的丙烯酸酯單體(AA')與三官能度的硫醇單體(B3)合成端部帶硫醇反應(yīng)基團(tuán)的超支化聚合物HBPTE;如果AA'為丙烯酸酯單體2-(acryloyloxy)ethyl methacrylate,則得到HBPTE1;如果AA'為丙烯酸酯單體3-(acryloyloxy)-2-hydroxypropyl methacrylate,則得到聚合物HBPTE2。
接著,將HBPTE與帶碳碳雙鍵的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、光引發(fā)劑混合均勻,即可得到醫(yī)用UV膠,只需要把醫(yī)用UV膠涂覆在傷口上,并照射紫外燈,便可“封鎖”傷口,立即止血。
通過超支化的技術(shù)路徑,所制備的醫(yī)用UV膠粘度較低,從而避免了有機(jī)溶劑的使用,達(dá)到了100%固含的目標(biāo)。
此外,該醫(yī)用UV膠可以通過改變PEGDMA與HBPTE的比例 (即-C=C/-SH)來調(diào)整膠黏劑的粘度、凝膠時(shí)間、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、力學(xué)性能、親疏水性以及對(duì)生物皮膚的粘接性能。
(Left): Lap shear strength of the HBPTE glue to dry porcine skin,"porcine skin-adhesive-glass" sandwich-like specimen. (Right): Underwater adhesive strength of HBPTE1-0.2, HBPTE2-0.2, fibrin glue, and CA glue on porcine skin before and after 2 weeks of immersion in PBS.
從左圖可以看見,無論是HBPTE1還是HBPET2制備的醫(yī)用UV膠,隨著PEGDMA與HBPTE的比例提高,UV膠對(duì)豬皮的粘接強(qiáng)度皆發(fā)生下降。
研究者認(rèn)為這與以下原因有關(guān):
1)PEGDMA含量的增加(即-C=C基團(tuán)的增多),讓UV膠在光固化后的交聯(lián)密度增加,引起豬皮-膠黏劑界面間的應(yīng)力集中,從而導(dǎo)致了豬皮與膠黏劑之間的剝落。
2)HBPET的-SH基團(tuán)可以與豬皮表面形成氫鍵以及二硫橋鍵,加強(qiáng)與豬皮的粘接性能。
HBPET2制備的UV膠比HBPTE1擁有較高的粘接性能,與各自使用的丙烯酸酯單體有關(guān),前者的丙烯酸酯單體中帶有-OH,可以加強(qiáng)與皮膚的粘接力。
上述右圖顯示的是在水中粘接固化后強(qiáng)度以及在固化后繼續(xù)浸泡2周以后的粘接強(qiáng)度對(duì)比。圖中可見,HBPET制備的醫(yī)用膠在水下操作粘接時(shí),要比商業(yè)化的纖維蛋白膠和氰基丙烯酸酯粘擁有更高的水下粘接力。另外,前者還有較高的耐水性性能,即使在浸泡2周后,HBPET醫(yī)用UV膠依舊有著較高的粘接強(qiáng)度,比后者兩款商業(yè)化膠水的粘接強(qiáng)度要高好幾倍!
觀察仔細(xì)的讀者可能會(huì)留意到,右圖中的HBPET2的粘接強(qiáng)度卻比HBPET1的要低,然而左圖的實(shí)驗(yàn)中,HBPET2明明要比HBPET1要高的,這究竟是怎么回事?
這得要了解整個(gè)粘接過程以及膠水結(jié)構(gòu):左圖的粘接操作是在大氣環(huán)境中進(jìn)行,右圖的粘接操作則是全程在水下進(jìn)行;而HBPET2的化學(xué)結(jié)構(gòu)比HBPET1要多了-OH基團(tuán),導(dǎo)致HBPET2的親水性要比HBPET1要高,因此在水中操作粘接時(shí),HBPET2所制備的UV膠與豬皮的界面之間會(huì)殘留一些水分子,形成一層水分子層,類似于潤(rùn)滑層的效果,從而降低了HBPET2在水中粘接時(shí)的粘接性能。
總的來說,這款醫(yī)用UV膠比商用CA膠有著更高的粘接能力和持久的耐水性能,在醫(yī)用膠領(lǐng)域有著潛在的發(fā)展前景。
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https://dx.doi.org/10.1021/acs.biomac.0c01302
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