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中山大学付俊团队JPS综述：聚合物水凝胶生物胶粘剂研究进展

来源：花匠小妙招时间：2025-07-28 22:42

聚合物水凝胶生物胶粘剂在创伤敷料、快速止血、组织粘接、药物递送、组织再生、生物电子学等领域具有重要的应用前景（图1），得到了广泛的研究。水凝胶独特的低模量、高含水率、高顺应性和出色的生物相容性，使其比常规粘合剂具有更多的优势。水凝胶的化学结构、机械性能、生物功能、可加工性等可灵活设计和调控，以满足多种应用需求，因此近年来得到了蓬勃的发展。

近日，付俊教授团队在 Journal of Polymer Science 发表综述文章“Recent Progress in Polymer Hydrogel Bioadhesives”，系统地总结了聚合物水凝胶粘合剂的主要粘附机理和代表性研究进展。

图1.粘附性水凝胶的生物医学应用

首先，文章系统地总结了基于界面互锁的粘附机制。在分子尺度，聚合物分子链穿过粘附区，在高强韧物理凝胶表面形成分子互锁结构(interlocking)，使界面作用能传递给基底并耗散，从而获得高粘附强度（图2a）；在宏观层面，也可以在微针表面修饰可溶胀的凝胶涂层，插入皮肤后，水凝胶涂层溶胀，形成机械互锁机制（图2b）。

图2.界面互锁型粘附机制

生物组织表面含有丰富的活性官能团。在水凝胶中设计一些反应性官能团，与组织表面形成（可逆）化学键，可实现稳定的粘接（图3a）。事实上，在一些表面修饰上反应性基团（如双键等），再在表面引发自由基聚合，构建水凝胶网络，通过对网络结构进行设计，即可获得非常强的界面粘附。此类策略适用于多种表面（图3b）。

图3. 基于界面化学键合的粘接

自然界也给组织粘附型水凝胶研究带来了灵感。贻贝启发的粘附型水凝胶成为最典型的代表方向之一。贻贝分泌物中丰富的多巴胺基团可与表面形成氢键、 p-p作用、离子络合等（图4），是实现稳定（湿）粘附的关键因素之一。因此，国内外学者报道了多种多样的含聚多巴胺、单宁酸、茶多酚等成分的水凝胶组织粘合剂，部分水凝胶可实现水下粘附。

图4. 贻贝化学粘附机制

付俊团队研究发现，带相反电荷的聚电解质水凝胶相互接触时，在界面发生电荷转移，生成局部电场，实现稳定的界面粘附（图5a）。聚两性电解质粘附性水凝胶具有很强的静电偶极，可与表面的极性官能团形成偶极-偶极、氢键、静电等相互作用，实现稳定的界面粘附（图5b）。

图5. 基于界面静电和两性离子偶极作用的粘附机制

此外，文章还介绍了水凝胶粘附表面的其它代表性机制。

水凝胶生物粘合剂具有出色的生物相容性，可注射或加工成型，可用于快速止血；可部分代替缝合，快速闭合伤口（图6a）。水凝胶可与皮肤（组织）紧密贴合，可负载药物，稳定地释放治疗剂，扩散进入周围的局部组织或血液，实现持续稳定的透皮给药（图6b）。在组织工程领域，组织粘附型水凝胶被广泛地应用于组织工程支架，负载活性因子、细胞等，促进组织再生修复（图6c）。在生物电子学领域，组织粘附型水凝胶也具有突出的优势，离子或电子导电型水凝胶作为生物传感器，可监测组织器官生理状况，自粘性生物电子器件既能和组织表面形成稳定的界面，利于信号获取，有望应用于组织器官健康状况的远程监测（图6d）。

展望未来，水凝胶生物粘合剂的研究和应用仍面临一些挑战。如，水凝胶粘合剂的粘合能力还偏弱，不能满足临床应用需求，例如在湿润环境中，如何实现快速、稳定的粘附，仍是需要研究的课题。组织粘附型水凝胶的应用领域还可以拓展到肿瘤治疗和植入型生物材料领域。针对应用需求开展水凝胶生物粘合剂研究，将有力地推动本领域的快速发展。

图6.组织粘附型水凝胶在(a)组织粘合剂、(b)药物递送、(c)组织再生修复、（d）生物电子器件等领域的应用

WILEY

论文信息：

Recent progress in polymer hydrogel bioadhesives

Xinjie Pei, Jintao Wang, Yang Cong, Jun Fu

Journal of Polymer Science

Journal

ofPolymer

Science

期刊简介

Journal of Polymer Science 创刊于1946年, 主要发表以下主题的高质量稿件：高分子化学，高分子物理学，高分子工程学，以及其它运用于生物医学，能量转换和存储，环境和可持续性发展，仿生和智能设备等领域的聚合物相关研究。

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