研究背景

在自然界中，常青藤（Hedera helix）的附著盤通過氣根分泌的納米顆粒作為紐帶，可以與大樹、墻壁等形成牢固的黏附，這種強大的黏附能力可以承受附著盤自身重量的百萬倍，從而為植物整體攀爬提供堅實的支持。受到自然界的啟發(fā)，中國科學技術大學的俞書宏院士團隊與清華大學的馮雪教授團隊合作，成功開發(fā)出一種仿生納米粘合技術，有望應用于組織工程、人機結合等多個生物醫(yī)學領域。

這種仿生納米粘合（nanohesion）采用強韌的水凝膠為基體，以活性納米顆粒為界面紐帶，可以瞬間粘附到任意基底材料上。由于活性納米顆粒是通過范德華力、氫鍵、靜電作用等物理鍵與基底結合的，因此無需對基底材料進行任何物理或化學的預處理。實際上，對于許多工程制品，特別是用于人機結合的微電子產(chǎn)品而言，復雜的預處理大大增加了時間和經(jīng)濟成本，因此，仿生納米粘合的即開即用性能在實際應用中具有重要意義。這一成果以“Designing nanohesives for rapid, universal, and robust hydrogel adhesion”為題發(fā)表在國際頂級期刊Nature Communications上，第一作者是中國科學院杭州醫(yī)學所的潘釗副研究員、清華大學柔性電子技術實驗室的****傅棋琪博士以及安徽醫(yī)科大學附屬口腔醫(yī)院的****王默涵博士。

與常規(guī)的膠水以有機高分子為界面紐帶形成粘接不同，這項工作中，硬質(zhì)的無機納米顆粒表面經(jīng)過富含羧基的活性修飾，它們就像微觀的"紐扣"一樣，將柔軟的水凝膠緊緊固定在不同的固體表面上。而作為粘合基體的水凝膠被精心設計成雙網(wǎng)絡結構，通過瓊脂糖的犧牲網(wǎng)絡作用，能夠吸收外界對粘合界面的破壞力，從而增強了粘合的耐久性和強度。這種方法與傳統(tǒng)的膠水粘合方式有著明顯的區(qū)別，為粘合技術帶來了新的可能性。

仿生納米粘合的普適性不僅限于工程材料，同樣適用于生物組織。無論是軟組織還是硬組織，甚至受體液、血液、油脂等污染的組織表面，仿生納米粘合都表現(xiàn)出了卓越的即開即用性能。基于這種廣泛適用的粘合性能，作者設計了一種植入式血管粘合纏繞式脈搏監(jiān)控器。

在研究中，他們使用仿生納米粘合劑將事先制備好的柔性應變傳感器粘附到拉布拉多犬的股動脈上，形成了一種原位血管脈搏監(jiān)控器。與ECG心電圖信號進行對比后，發(fā)現(xiàn)這種脈搏監(jiān)控器傳送的信號具有極高的準確度。這種植入式血管粘合纏繞式脈搏監(jiān)控器有望用于術后監(jiān)測動脈搭橋、器官移植等重大手術后的血管吻合情況，實時反映患者體內(nèi)重建血管的健康狀態(tài)。

審核編輯：劉清