抹点儿胶水就能止血疗伤？这仿生材料也太神奇了……

出品：科普中国

作者：杨文

监制：中国科普博览

不知道大家是否记得小学课本上一篇叫作《万能胶水发明记》的课文，故事的主人公聪聪畅想，发明一种万能胶水，可以立刻粘住流血的伤口，即使腿和胳膊摔断了，用这种“万能胶水”粘一粘就可以重新恢复。

我们在日常生活中也见过很多胶水，比如502胶水、瞬间胶和玻璃胶等，虽然这些胶水可以快速坚韧地粘合破碎的玻璃等物品，但是这些胶水由于在有水的界面上（如人体血液、体液）会失去粘附能力或者粘附能力很低，且有毒，因此无法被应用在人体上。

那么，适用于人体的“万能胶水”究竟存不存在呢？

什么样的“胶水”，才能拿来做医用组织粘合剂？

理想的医用组织粘合剂应满足一些原则:

1.具有与组织或器官湿界面的高粘附强度，以防止粘附伤口之后脱落；

2.对人体无毒无害，即生物相容性好；

3.可以有效地止血，因为大多数伤口伴随着流血的发生；

4.适当的机械和物理性能，例如具有适宜的拉伸、剪切和破裂强度，以适应粘附之后周围组织的挤压；

5.能应对复杂或不规则伤口的轮廓和尺寸。

现有的临床组织粘合剂存在很多不足，包括针对出血和体液环境场景中受损组织表面潮湿，导致粘合剂在潮湿组织表面的附着力弱、密封效果差、止血效果不理想、存在细胞毒性、促进伤口愈合速度慢等问题。开发满足临床应用要求、实现损伤组织快速止血、无缝密封和加速伤口愈合的一体化医用组织粘合剂，仍是一个巨大的挑战。

攻坚克难，神奇生物来帮忙啦！

近期，中国科学院苏州纳米所戴建武/陈艳艳的研究团队,受贻贝、常春藤和牡蛎分泌的天然粘合剂启发，根据临床需要开发了一种可用于紧急止血、伤口密封和加速伤口愈合的可注射强韧组织粘合剂。

这时的你可能会问了：这些生物我都见过，靠它们就能做出“万能胶水”？

那我们不妨来看看，它们到底有什么“神奇”之处。

贻贝可以在水下附着在各种表面上，主要是因为它们能够分泌的足丝蛋白上，含有大量多巴胺基团和带正电的氨基酸。带正电的氨基酸能排斥界面水，大量的多巴胺基团能与粘附物在界面发生物理和化学相互作用。

贻贝

（图片来源：Veer图库）

常春藤可以在墙面上垂直生长，原因在于其分泌的粘液含有大量阿拉伯半乳糖和球形糖蛋白，并且粘液可以穿透墙面，随后在钙离子的作用下快速固化，从而使常春藤牢固地粘附在墙面上。

常春藤

（图片来源：Veer图库）

牡蛎可以制造出一种有机物和无机物复合的“胶水”，有机成分主要是蛋白质，无机物的主要成分是碳酸钙，胶水固化后像水泥一样将牡蛎牢固地粘附在礁石上，这种现象也被称为生物矿化。

牡蛎

（图片来源：Veer图库）

结合实现强韧湿面粘附的关键要素，仿生这三种动植物的黏附机制，研究团队模拟了湿面粘附的三个关键过程，即排水、分子链渗透和锚定交联，首次设计合成了具有快速去除界面水、多种动态可逆渗透交联和生物矿化固化增强特点的胶原基医用组织粘合剂。这种粘合剂具有湿面组织强粘附性、高密封性能、自愈快、可注射性、优良的形状适应性和高生物相容性等特点，解决了现有商业粘合剂的问题。

瞧瞧，这三种看似平常无奇的生物却在关键时刻派上了大用场！

不知仿生如何仿？科学家：无妨，我会出手！

胶原和淀粉是两种天然来源的生物基高分子，已被药品监督管理局批准用于人体，在这项研究中，研究人员在胶原分子链上引入了多巴胺基团来模拟贻贝分泌蛋白质的粘附机制。

一方面，钙离子与水凝胶网络相互作用，另一方面，胶原和淀粉是生物矿化的良好复合模板，多巴胺基团有助于加速生物矿化，模拟牡蛎粒子增强网络的形成，加固了粘合网络，研究人员把这种合成的仿生胶水命名为CoSt。

另外，研究人员通过多项体内体外结果证实，CoSt组织粘合剂具有高拉伸性能、适中的模量、自愈合性能和可注射性等特性，这些优异的性能增强了CoSt组织粘合剂和周围组织之间的连接。

CoSt组织粘合剂的合成（a）和粘附机理(b)示意图

（图片来源：作者）

研究人员还评估了CoSt组织粘合剂的止血能力，将CoSt组织粘合剂应用于各种出血模型，包括大鼠尾部截肢、肝脏切口、严重肝脏缺损、腹主动脉切口和全横断脊髓出血模型，以验证其在不同出血环境中的体内止血性能。

结果显示，无论是在重大肝缺损下的大剂量出血或者神经横断的不可压缩性出血，CoSt组织粘合剂均能在60秒内实现快速的止血。研究人员证实其原因主要在于CoSt组织粘合剂具有优良的伤口密封性能、出色的红细胞阻滞能力和激活止血屏障膜的协同功效。

此外，皮肤切口/缺损损伤动物模型研究进一步证实CoSt组织粘合剂可加速伤口愈合和功能恢复。使用CoSt组织粘合剂治疗组的大鼠伤口几乎没有疤痕形成，新表皮和毛发的再生也分别得到改善。

该研究巧妙地结合了几种海洋生物和植物的粘附机制，创新性地将这三种粘附机制用于开发出新型的组织粘合剂，针对紧急救治、不可压缩组织创伤的止血等应用场景，显示出独特的优势，是一种具有广阔应用前景的医用组织粘合剂。

小结

自然界存在着各种各样的奇观异景，自然永远是我们面前最宝贵的书籍，向大自然学习，研究者们将能开发出粘合能力更强、更智能和更多功能一体化的仿生胶水。

编辑：孙晨宇

参考文献:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202211340