超强外科胶带可按需分离

去年，麻省理工学院的工程师开发了一种双面粘合剂，它可以快速而牢固地粘在生物组织等潮湿表面上。他们证明，这种胶带可以在几秒钟内封闭肺部和肠道的裂口和撕裂处，或者将植入物和其他医疗设备附着在器官表面，比如心脏。

现在，他们进一步开发了这种粘合剂，使其可以与底层组织分离而不造成任何损害。通过使用液体溶液，新的版本可以像光滑的凝胶一样被剥离，例如在手术中需要调整它，或者在组织愈合后被移除。

“这就像一个内部器官的无痛创可贴，”麻省理工学院机械工程、土木与环境工程教授赵宣河(Xuanhe Zhao)说。“你涂上粘合剂，如果出于任何原因你想脱下它，你都可以按需脱，而且不疼。”

该团队的新设计在今天发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中有详细说明。赵的合著者是麻省理工学院的陈晓宇、yuhyunwoo Yuk、吴晶晶和罗切斯特梅奥诊所的Christoph Nabzdyk。

牢不可破的债券

在考虑原始粘合剂的设计时，研究人员很快意识到，胶带要粘在潮湿的表面是极其困难的，因为薄薄的一层水会起到润滑作用，并阻止大多数粘合剂附着。

为了避免组织的自然滑溜性，该团队用聚丙烯酸等生物相容性聚合物设计了他们的原始粘合剂。聚丙烯酸是一种吸水性很强的材料，通常用于尿布和药品中，它能吸水，然后迅速与组织表面形成弱的氢键。为了加强这些化学键，研究人员在材料中嵌入了NHS酯，这种化学基团能与组织表面的蛋白质形成更强、更持久的化学键。

虽然这些化学键赋予胶带超强的抓地力，但它们也很难被打破。研究小组发现，将胶带与组织分离是一项混乱的、可能有害的任务。

“去除胶带可能会在组织中产生更多的炎症反应，并延长愈合时间，”Yuk说。“这是一个实际的问题。”

外科医生用透明胶带

为了使胶粘剂可拆卸，团队首先调整胶粘剂本身。在原始材料上，他们添加了一个新的二硫键连接分子，它可以被放置在与组织表面蛋白质共价键之间。研究小组之所以选择合成这种特殊的分子，是因为它的化学键虽然牢固，但如果接触到某种特定的还原剂，就很容易断开。

然后，研究人员查阅了文献，以确定一种合适的还原剂，既具有生物相容性，又能切断胶粘剂内部的必要连接。他们发现，大多数细胞中天然存在的抗氧化剂谷胱甘肽能够破坏长期存在的共价键，比如二硫键，而碳酸氢钠，也被称为小苏打，能够使胶粘剂中持续时间较短的氢键失效。

研究小组将高浓度的谷胱甘肽和碳酸氢钠混合在盐水溶液中，然后将溶液喷洒在黏合剂样本上。黏合剂样本被放置在各种器官和组织标本上，包括猪的心脏、肺和肠道。在所有的测试中，研究人员发现，无论粘合剂在组织上使用了多长时间，一旦他们将触发的溶液喷洒到胶带上，他们能够在5分钟内将胶带从组织上剥离，而不会造成组织损伤。

应用触发液5分钟后，将创可贴从水凝胶上脱下来，粘接剂很容易脱落，不会对下面的水凝胶造成伤害。感谢研究人员。

“这大概就是溶液通过胶带扩散到表面与组织接触的时间，”陈说。“到那个时候，溶液就会把这种极粘的粘合剂变成一层很容易剥掉的滑凝胶。”

研究人员还制造了一个版本的粘合剂，他们蚀刻了微小的通道，溶液也可以通过这些通道扩散。如果胶带用于植入物和其他医疗设备的附着，这种设计将特别有用。在这种情况下，在胶带表面喷涂溶液将不是一个选择。相反，外科医生可以将溶液涂在胶带的边缘，这样溶液就会通过粘接剂的通道扩散。

Yuk说:“我们希望有一天，手术室能有这些粘合剂的分发器，以及触发液的瓶子。”“外科医生可以像使用透明胶带一样，根据需要应用、分离和重新应用它。”

该团队正在与Nabzdyk和其他外科医生合作，看看这种新型粘合剂是否能帮助修复诸如出血和肠漏等情况。

赵说:“我们的目标是用生物黏合剂技术来取代缝合线，这是一项有几千年历史的伤口缝合技术，没有太多创新。”“现在，我们认为我们有办法实现伤口愈合的下一个创新。”

这项研究的部分资金来自美国国家科学基金会。