目前，在特殊情況下的動態傷口閉合處理仍具有一定的難度。直接縫合易造成傷口撕裂，導致液體滲漏和意外風險。基於可粘附水凝膠的優異性能，將其用於傷口密封取得了一定的進展，但現有的組織粘合劑水凝膠過於柔軟和可拉伸，無法在動態負載下將傷口邊緣保持在一起。為此，來自中山大學的李哲團隊設計了一種用於動態傷口閉合的梯度模量組織粘合劑複合材料。粘合劑主要有由三個功能組件組成，用於傷口密封的粘性水凝膠基質、用於防止撕裂的具有梯度模量的可生物降解微網和用於抗粘連的注油表面（圖1）。乾燥狀態下的貼片以柔性薄膜（約100 µm厚）的形式，可直接應用於非平整表面實現閉合傷口的功能。相關研究成果以「Gradient Modulus Tissue Adhesive Composite for Dynamic Wound Closure」為題於2022年9月1日發表在《Advanced Functional Materials》上。
圖1 梯度模量組織粘合劑複合材料
首先製備具有梯度模量的可生物降解聚己內酯（PCL）微網，並將其放置在塗有硅油薄層的基材上，硅油會部分滲入微網並形成浸油表面；隨後，將組織粘合劑預凝膠溶液（由明膠和用甲基丙烯酸明膠交聯的N-羥基琥珀醯亞胺酯（PAAc-NHS）接枝的聚丙烯酸製備）倒在置於模具中的微網上, 滲透到多孔微網中, 直到注入油的表面。在紫外線照射下固化後，與明膠鏈糾纏的PAAc-NHS網路將與PCL微網進行拓撲糾纏，產生具有Janus粘合性能的組織粘合劑複合材料。
- 組織粘合劑複合材料的特徵
作者利用新型角溶液吹旋(A-SBS)方法製備了PCL可生物降解微網（圖2a）；由於角收集器引起的獨特空氣動力學，微纖維將被高壓氣流沿傾斜表面側向拉動，在角收集器上生成纖維微網（圖 2b）。特別的，通過調整角度有利於產生梯度模量。中間較大的模量可以幫助避免傷口像虛擬縫合線一樣在負載下撕裂，而外圍的較小模量將有助於在沒有應力集中的情況下與下面的組織產生緊密的界面耦合。因此，作者選擇在30°收集器上製備的微網作為製備組織粘合劑的模塊化組件。
圖2 梯度模量組織粘合劑複合材料的製備
- 組織粘合劑的粘附性測試
接著，作者表徵了貼片的梯度模量特性，如圖3a所示的應力-應變曲線。同時，以微網為骨架，成功製備出梯度模量的組織粘合劑複合材料（圖3b）。通過在組織粘合劑中加入不同層的模塊化微網進行調整模量變化範圍，以應用於不同的組織表面。因此，這種設計為製造具有良好可控性的梯度模量組織粘合劑複合材料提供了一種有效的策略。此外，粘合劑材料可以牢固粘附在濕組織表面上用於傷口閉合（圖3c）。作者進一步將組織粘合劑的楊氏模量與文獻中報道的不同組織/器官的模量進行了比較以充分說明其合理適用性。
圖3 GmTAC用於傷口閉合和防止撕裂
- 組織粘合劑的生物安全性
作者在體外證實了粘合劑具有Janus粘附特性後（圖 4a），進一步對麻醉兔進行體內Janus粘附試驗。與體外觀察相似，設計有抗粘連表面的粘合劑有效地防止了與周圍組織的粘連（圖4b）。基於粘合劑適宜的力學性能，能夠應用於各種組織表面（包括腸、胃、肺和心臟等）。同時，粘合劑材料還具有良好的生物相容性和可降解性能。
圖4 附著力、安全性和生物降解性
- 組織粘合劑的動態模擬
為了進一步驗證粘合劑具有傷口閉合和預防撕裂的功效，進行了體內測試，同時模擬了動態和富含液體的環境中傷口所經歷的張力或膨脹。總的來看，源自外圍變形粘合劑基質的應力將傳遞到拓撲糾纏的微網骨架。由於梯度模量設計，切口近端的粘合劑貼片將具有高於下層組織的應力，產生應力集中最小的應力屏蔽效應，可有效保護傷口免受動態撕裂和促進傷口癒合。
圖5 模擬動態傷口閉合
綜上，本文通過合理的設計構造製備了一種梯度模量組織粘合劑複合材料，該粘合劑材料主要由三種功能成分製備，分別是粘性水凝膠基質、具有梯度模量的可生物降解微網和用於抗粘連的注油表面。集合了這些功能的組織粘合劑貼片可以同時實現對濕組織表面的強力粘附，保護傷口免受動態撕裂，並防止與周圍組織的粘附。此外，採用可生物降解材料設計的貼片可以在生理條件下隨著時間的推移而降解，無需重新操作。這些特徵已通過模擬在體外和體內得到驗證，該策略為管理動態傷口閉合提供了一個有效的策略和解決思路。
文章來源：https://doi.org/10.1002/adfm.202207306.
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