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天津大学刘文广教授团队《Adv. Mater.》- 遇水即粘: 一种水促发的超支化聚合物黏合剂实现水下高强黏合和快速止血
添加时间:2019-10-25 09:13:20  

水下黏合剂无论在日常生活中还是工业生产中都具有非常重要的应用价值,但是在水中,被粘基质表面往往会形成一层水化层,从而阻止黏合剂和基质表面的相互作用,严重影响粘附强度,实现水下快速强黏附仍然是一个挑战。

近日,天津大学刘文广教授团队设计了一种水促发的超支化聚合物通用黏合剂,该黏合剂遇水即粘,不仅可以实现在水下对多种基质的强黏附,并且利用模块化反应在该黏合剂体系中引入长链烷基胺还可实现对动脉血管以及深度不规则伤口的快速止血。通过使用季戊四醇四丙烯酸酯(PETEA)、短链聚乙二醇二丙烯酸酯和多巴胺盐酸盐进行三元迈克尔加成反应,制备了一种同时具有疏水骨架和亲水官能团的超支化聚合物黏合剂(HBPA)(Figure 1)。HBPA在遇到水后其疏水骨架会发生收缩,超支化聚合物发生凝聚从而快速排除基质表面的水分,而较亲水的邻苯二酚则会更多地暴露在外,从而与基质之间充分接触,通过氢键、π-π堆积以及静电相互作用等实现快速黏附。

Figure 1.Michael addition reaction process of HBPA (A).Schematic illustration of water-triggered strong underwater adhesion of hyperbranched polymer and the underlying adhesion mechanism (B).

并且,HBPA黏合剂可以完全在水下使用操作,在各种水环境中(海水、PBS、pH为3-11的水介质),不需要任何外界刺激,遇水后10秒内可粘接多种基材。其无论对低表面能或者高表面能的基质(陶瓷、铁片、PMMA、PET、PTFE、PE、玻璃、木头、骨头)都表现出了非常好的黏附效果。有趣的是,使用HBPA可以快速修补水下破裂的管道或者容器(Figure 2)。值得一提的是,HBPA骨架中的酯键可以水解,所制备的黏合剂可以生物降解,因此有望适于体内应用。

Figure 2.A: Water-triggered coacervation of HBP adhesives; B: Digital images showingthe instant adhesion of HBPA adhering to the glass under water. C: Digital image depicting the ability of the HBPA-bonded PE sheets tolift a 5 kg bucket of water (adhesion area: 2.5 cm×2.5 cm) after soaking in water for 36 h; D: Digital images showing the ability of the HBPA tomend the broken hole of silicone tube.

在HBPA结构中引入十二烷基胺后(HBPA-DDA),利用长烷基链对血小板和红细胞的锚固富集作用赋予黏合剂快速止血效果。该HBPA-DDA在血液环境中也可以快速发生凝聚,在出血部位形成一层黏附膜作为一种物理屏障防止血液再次渗出。HBPA-DDA具有可注射性,因此可对深度不规则的伤口进行快速的密封止血(Figure 3)。

Figure 3.A: Schematic illustration of the establishment of rat’sfemoral artery bleeding and liver bleeding model and hemostatic effect of injectable HBPA-DDA. Hemostasis process ofrat’sfemoral artery bleeding treated with pressing HBPA-DDA impregnated cotton swab for 1.5 min (B) and a plain cotton swab for 2 min (C). Hemostatic effect on injured liver bleeding treated with HBPA-DDA painting (D) compared to control group without any treatment (E). F:The accumulated blood loss from liver bleeding of SD rats treated with HBPA-DDA painting, compared to gauze group and blank group (without any treatment). G: Photograph showing the hemostatic effect of the HBPA-DDA on deep punctures created in pig’s liver (the yellow circle is the bleeding sites of the pig liver).

目前上述工作已发表在材料领域权威期刊Adv. Mater.上,论文第一作者为天津大学材料学院博士生崔春燕,通讯作者为天津大学材料学院刘文广教授。

论文连接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905761