麻省理工學院和柏林自由大學的研究人員開發出受粘液啟發的身體膠
麻省理工學院和柏林自由大學的研究人員從貽貝的粘性斑塊和人類粘液中獲得靈感，創造出一種兼具防水粘性和防菌特性的生物醫學粘合劑。
一篇詳細介紹該團隊研究成果的論文 于2月發表在《美國國家科學院院刊》上。麻省理工學院的作者包括喬治·德根（George Degen）、科里·史蒂文斯（Corey Stevens）、杰拉爾多·卡卡莫-奧亞爾斯（Gerardo Cárcamo-Oyarce）、杰克·宋（Jake Song）、卡塔琳娜·里貝克（Katharina Ribbeck）和加雷思·麥金利（Gareth McKinley），以及柏林自由大學的拉朱·貝伊（Raju Bej）、彭·唐（Peng Tang）和雷納·哈格（Rainer Haag）。美國國立衛生研究院、美國國家科學基金會和美國陸軍研究辦公室為這項研究提供了資金。
麻省理工學院機械工程系博士后喬治·德根 (George Degen) 在麻省理工學院的新聞稿中表示：“我們的材料設計方法的應用將取決于具體的前體材料。”
例如，源自粘液或受粘液啟發的材料可以用作多功能生物醫學粘合劑，同時還能預防感染。或者，將我們的方法應用于角蛋白，或許可以開發出可持續的包裝材料。
研究小組專注于貽貝粘合劑中出現的一種化學結構：兩種被稱為“兒茶酚”和“硫醇”的化學基團之間的鍵。在貽貝的天然膠體或牙菌斑中，這些基團結合形成兒茶酚-硫醇交聯鍵，正是這種交聯鍵賦予了牙菌斑強大的內聚力。此外，兒茶酚還能增強貽貝的粘附力，使其能夠粘附在巖石和船體等表面。
硫醇基團在粘蛋白中也很常見，而粘蛋白是人體粘液的主要非水成分。德根和他的同事們想知道，受貽貝啟發的聚合物是否能夠與粘蛋白中的硫醇結合，從而使粘蛋白能夠快速從液體轉變為粘稠的凝膠。
為了驗證這一概念，他們將天然粘蛋白溶液與合成的貽貝聚合物結合在一起，并觀察所得混合物如何隨著時間的推移凝固并粘附在表面。
“它就像一種雙組分環氧樹脂。將兩種液體混合在一起，開始發生化學反應，液體凝固的同時，物質本身也粘在了表面，”德根說道。
Degan 的同事、柏林自由大學的 Rainer Haag 補充道：“根據交聯程度，我們可以控制液體凝膠化和粘附的速度。我們可以在潮濕表面、室溫以及非常溫和的條件下完成這一切。這非常獨特。”
研究團隊在兩個表面之間沉積了一系列成分，發現所得粘合劑能夠將表面粘合在一起，其粘合力與用于粘合組織的商用醫用粘合劑相當。此外，他們還測試了該粘合劑的抑菌性能，具體方法是將其沉積在玻璃表面，并將玻璃與細菌一起孵育過夜。
“我們發現，如果玻璃表面沒有涂層，細菌就會形成一層厚厚的生物膜，而有了我們的涂層，生物膜基本上就被阻止了，”德根說。
研究小組在論文摘要中總結道：“研究結果凸顯了兒茶酚-硫醇交聯作為設計多功能糖蛋白水凝膠的多功能平臺的潛力，可用于傷口修復和抗菌表面工程。”
研究團隊表示，通過一些微調，他們可以進一步增強這種粘合劑的粘合力。最終，這種粘合劑有望成為現有醫用粘合劑的強力保護性替代品。
“我們很高興建立了一個生物材料設計平臺，賦予我們這些理想的凝膠化和粘附特性，并且作為起點，我們已經展示了一些關鍵的生物醫學應用，”Degen說道。“現在，我們準備擴展到不同的合成和天然系統，并瞄準不同的應用。”
