科學家發明出堅固又生物相容的水凝膠型骨肌腱粘合劑
近期成均館大學化學工程學院CHO等發明了一種同時具有高機械性能、高粘附性能的各向異性水凝膠的設計方法（圖1），所得這種各向異性水凝膠同時滿足肌腱的高力學性能和肌腱與骨之間的特殊粘附界面。據稱這是世界上首次對強、硬、各向異性水凝膠對骨骼有強附著力的研究論文報告，以“Bone-Adhesive Anisotropic Tough Hydrogel Mimicking Tendon Enthesis”為題發表在Advance Materials。
圖1 各向異性水凝膠的設計方法
該研究提出了一種各向異性、剛性強的堅韌三網(TN)水凝膠，是由離子交聯藻酸鹽(Alg)、共價交聯聚丙烯酰胺(PAM)和氨基丙基咪唑修飾的聚2-羥乙基天冬酰胺(PHEA-API)組成的，以模擬肌腱的獨特特性。PHEA-API的咪唑基團通過多個氫鍵提供了TN水凝膠對玻璃和骨骼等基質具有高度粘附特性，而Alg/PAM雙網絡在拉伸時提供了耗能特性。由此產生的可拉伸韌性TN水凝膠對玻璃和骨骼具有極高的黏附性，不需要對基質進行任何化學修飾。此外，拉伸介導的骨黏附TN網絡的線性重塑以及隨后的二次交聯(RsC)過程誘導了增強的肌腱樣各向異性結構。該結構具有高模量(3.0 MPa)和強度(0.8 MPa)，同時保持與基底的高粘附性，包括玻璃(粘附能為16.7kJ m-2，粘附強度為785kPa)和骨(2.73kJ m-2和725kPa)，盡管附著的水凝膠顯著加強，這讓人聯想到肌腱到骨骼的整合。最后，研究人員又評價了韌性黏附水凝膠在體內的生物相容性，將盤狀TN和TN-RsC水凝膠皮下植入左側3天和7天后分別采集小鼠的側翼和著床部位的皮膚組織進行進一步分析，發現H&E染色的皮膚組織顯示，TN和TN- RsC水凝膠在水凝膠植入體附近沒有引發任何炎癥反應。這種新方法提供了一種前所未有的水凝膠來模擬天然肌腱及其與骨骼的界面，這可能在生物醫學中很有用。
該技術提出的方法制備的水凝膠提供了強大的各向異性力學性能，還提高了對玻璃和骨骼的粘附性。經過RsC過程TN水凝膠在拉伸、彎曲和扭轉時表現出高度強大和穩定的骨粘連，沒有凝膠伸長或損傷，這讓人聯想到肌腱的本質。另外，應用RsC工藝后，凝膠的最大粘附強度顯著提高，這可能是由于水凝膠在保持與骨粘附的同時，增強了水凝膠的內聚性能。RsC處理的TN水凝膠附著在骨上的各向異性聚合物網絡結構是該策略模擬天然肌腱和韌帶各向異性性質的另一個特點。盡管還需要進一步的研究，但本研究提出的構建新型水凝膠的策略可以為基于水凝膠的仿生和組織工程提供新的信息。
（AMSC ＆ QYIM HMN 編報）
主題：科技塑造非金屬礦產業發展新動能新優勢
The 7th World Forum on Industrial Minerals (WFIM-6)
The 7th World Forum on Industrial Minerals (WFIM-6)
安徽省 池州市 青陽縣
Qing Yang (Jiu Hua Shan), Chi Zhou City, China
日期：2023年10月21日（星期六）至24日（星期二）
October 21-24, 2023
會議語言： 中/英語
論壇主席
馮擁軍 (北京化工大學)
論壇副主席
馮培忠 (中國礦業大學)
......
周春暉 (浙江工業大學)