有望应用于人机结合等多个生物医学领域的仿生纳米粘合技术

研究背景

在自然界中，常青藤（Hedera helix）的附着盘通过气根分泌的纳米颗粒作为纽带，可以与大树、墙壁等形成牢固的黏附，这种强大的黏附能力可以承受附着盘自身重量的百万倍，从而为植物整体攀爬提供坚实的支持。受到自然界的启发，中国科学技术大学的俞书宏院士团队与清华大学的冯雪教授团队合作，成功开发出一种仿生纳米粘合技术，有望应用于组织工程、人机结合等多个生物医学领域。

这种仿生纳米粘合（nanohesion）采用强韧的水凝胶为基体，以活性纳米颗粒为界面纽带，可以瞬间粘附到任意基底材料上。由于活性纳米颗粒是通过范德华力、氢键、静电作用等物理键与基底结合的，因此无需对基底材料进行任何物理或化学的预处理。实际上，对于许多工程制品，特别是用于人机结合的微电子产品而言，复杂的预处理大大增加了时间和经济成本，因此，仿生纳米粘合的即开即用性能在实际应用中具有重要意义。这一成果以“Designing nanohesives for rapid, universal, and robust hydrogel adhesion”为题发表在国际顶级期刊Nature Communications上，第一作者是中国科学院杭州医学所的潘钊副研究员、清华大学柔性电子技术实验室的****傅棋琪博士以及安徽医科大学附属口腔医院的****王默涵博士。

与常规的胶水以有机高分子为界面纽带形成粘接不同，这项工作中，硬质的无机纳米颗粒表面经过富含羧基的活性修饰，它们就像微观的"纽扣"一样，将柔软的水凝胶紧紧固定在不同的固体表面上。而作为粘合基体的水凝胶被精心设计成双网络结构，通过琼脂糖的牺牲网络作用，能够吸收外界对粘合界面的破坏力，从而增强了粘合的耐久性和强度。这种方法与传统的胶水粘合方式有着明显的区别，为粘合技术带来了新的可能性。

仿生纳米粘合的普适性不仅限于工程材料，同样适用于生物组织。无论是软组织还是硬组织，甚至受体液、血液、油脂等污染的组织表面，仿生纳米粘合都表现出了卓越的即开即用性能。基于这种广泛适用的粘合性能，作者设计了一种植入式血管粘合缠绕式脉搏监控器。

在研究中，他们使用仿生纳米粘合剂将事先制备好的柔性应变传感器粘附到拉布拉多犬的股动脉上，形成了一种原位血管脉搏监控器。与ECG心电图信号进行对比后，发现这种脉搏监控器传送的信号具有极高的准确度。这种植入式血管粘合缠绕式脉搏监控器有望用于术后监测动脉搭桥、器官移植等重大手术后的血管吻合情况，实时反映患者体内重建血管的健康状态。

审核编辑：刘清