医用高分子粘合剂登上《Science》

编辑总结

基于聚合物的粘合剂在实际应用中发挥着重要作用。例如，快速固化的氰基丙烯酸盐胶水用于外部伤口的闭合，但由于其高硬度、细胞毒性以及缓慢的降解过程，不能用于内部应用。本研究设计了一系列聚(α-硫辛酸)粘合剂，通过添加一种电亲核试剂，防止在存储和使用过程中发生闭环解聚。他们展示了包括在干燥或潮湿条件下表现良好的压敏粘合剂在内的各种应用。作者还展示了他们的粘合剂能够封住小鼠羊膜囊的穿孔，从而防止胎儿死亡。——Marc S. Lavine

研究背景

随着环保和可持续发展的日益重视，科学家们开始关注粘合剂领域中的环境友好型材料。传统的聚合物粘合剂广泛应用于医疗、消费品和工业产品中，例如快速固化的氰基丙烯酸盐胶水虽然能用于外部伤口的闭合，但由于其高硬度、细胞毒性和缓慢的降解过程，不能用于内部应用。这种情况促使科学家们探索具有更优性能和环境友好特性的粘合剂。

α-硫辛酸（αLA）作为一种新型粘合剂材料，因其潜在的多功能性和环保特性引起了广泛关注。αLA聚合物有望解决传统粘合剂在功能性和环境影响上的局限。然而，αLA聚合物在实际应用中面临着自发解聚的问题，这使得其性能受到限制，特别是在对医疗和工业用途的研究中显得尤为突出。自发解聚会导致粘合剂在存储和使用过程中失去稳定性，限制了其广泛应用的可能性。

为了解决这一问题，加州大学伯克利分校的Phillip B. Messersmith教授课题组开展了相关研究。他们创新性地设计了一系列稳定的αLA聚合物粘合剂，通过添加电亲核试剂，成功地防止了在存储和使用过程中发生闭环解聚。这些新型粘合剂不仅在干燥和潮湿条件下均表现出色，还可以根据不同的医疗或非医疗用途进行定制。以上成果“Science”期刊上发表了题为“Recyclable surgical, consumer, and industrial adhesives of poly(α-lipoic acid)”的最新论文。

该研究成果包括开发出能够封住小鼠羊膜囊破裂的αLA手术强力胶，显著提高了胎儿的存活率，从0%提高到100%。此外，这些粘合剂在结构强度方面与传统环氧树脂相当，展现了其在多种环境条件下的优越性能。该研究为粘合剂领域提供了新的技术路径，不仅解决了传统材料的性能和环保问题，也为未来的可持续发展奠定了基础。

研究亮点

1. 实验首次开发了稳定的α-硫辛酸（αLA）聚合物粘合剂，成功解决了自发解聚的问题。

• 通过添加电亲核试剂，防止了在存储和使用过程中的闭环解聚。

• 得到了可在干燥和潮湿条件下均表现良好的压敏粘合剂，以及强度相当于传统环氧树脂的结构粘合剂。

2. 实验通过调整单体成分，展示了αLA粘合剂在不同环境下的性能。

• 这种粘合剂不仅在干燥和潮湿条件下都能有效工作，还在医疗领域表现出优异的性能。

• 特别是，αLA手术强力胶成功封住了小鼠羊膜囊的破裂，显著提高了胎儿的存活率，从0%提升到100%。

图 1. 单体结构和前体溶液聚合的一般方案

图 2. S1 稳定的 αLA 聚合物的整体机械性能

图 3. αLA 强力胶的离体和体外表征。

图 4. αLA 强力胶作为胎膜密封剂的体内生物学性能

图 5. 稳定αLA粘合剂的压敏和结构粘合剂性能以及生命周期图。

总结展望

本文展示了α-硫辛酸（αLA）聚合物粘合剂在医疗和工业应用中的巨大潜力，特别是在解决现有粘合剂面临的环保和性能挑战方面。传统的聚合物粘合剂通常存在自发解聚和环境不可持续的问题，这限制了它们的广泛应用。通过开发稳定的αLA聚合物粘合剂，研究者不仅克服了这些问题，还创造了一种在干湿条件下均表现良好的多功能粘合剂。此外，αLA聚合物粘合剂能够在不使用催化剂的情况下稳定存在，并且支持闭环回收，这体现了对可持续发展的承诺。特别是，αLA手术强力胶的成功应用显示了这种新型粘合剂在医疗领域的潜在突破，能够显著提高医疗操作的效果和安全性。

参考文献：

Subhajit Pal et al. ,Recyclable surgical, consumer, and industrial adhesives of poly(α-lipoic acid).Science385,877-883(2024).

DOI:10.1126/science.ado6292

来源：奇物论