組織粘合劑具有重要的臨床應(yīng)用價值（圖1），尤其是具有可降解吸收功能的強(qiáng)力粘合劑極具吸引力。大分子類粘合劑的分子鏈尺寸大，組織表面滲透能力弱，致使其粘接強(qiáng)度不理想。其中，基于纖維蛋白、聚多糖的動物或植物源粘合劑降解吸收性能優(yōu)異，但通常本體強(qiáng)度不高且親水性較強(qiáng)，致使人體環(huán)境下更低的組織粘接強(qiáng)度。氰基丙烯酸酯(CA)是一類最具代表性的原位聚合固化的強(qiáng)力粘合劑，其小分子單體在表面快速滲透過程中由痕量的水引發(fā)陰離子聚合，與被粘物表面形成機(jī)械互鎖而獲得高的粘接強(qiáng)度。然而，CA在濕組織表面會過快地形成硬且脆的粘接層，滲透深度變淺，粘接強(qiáng)度變差。此外，CA體內(nèi)降解性能較差，降解產(chǎn)物毒性大。
圖1. 組織粘合劑研究與臨床應(yīng)用中的主要里程碑事件
BDRA對濕態(tài)骨組織的彎曲粘接強(qiáng)度大于16 MPa，對皮膚組織的剪切粘接強(qiáng)度為150 kPa，優(yōu)于商業(yè)化的氰基丙烯酸酯（分別為~4 MPa和60 kPa）和聚乙二醇(PEG)和纖維蛋白(Fibrin)等粘合劑。BDRA粘接的牛骨和豬皮可以分別承受60.0 kg和2.7 kg的重物（圖3），顯示出優(yōu)異的粘接性能。
圖3. BDRA及商業(yè)化組織粘合劑的粘接性能
BDRA還具有可調(diào)控的降解性能、力學(xué)性能和固化時間。BDRA的降解速率受主鏈可降解單元比例、親疏水性（圖5a）和共聚單體類別的影響（圖5b）。選擇不同的共聚單體，可有效地調(diào)控BDRA的力學(xué)性能，使其匹配皮膚、骨等軟硬組織，更好地適配于各種組織的粘接（圖5c, d）。CKA與18種丙烯酸酯單體共聚反應(yīng)的固化時間分布在<30s、30-60s、1-3min、3-30min和>30min五個區(qū)間內(nèi)，適配于操作時間需求不同的臨床場景（圖5e, f）。
該工作申請國內(nèi)外發(fā)明專利5件（17/984,291(US), 202111677281.0, 202111677252.4, 202111677282.5, 202111677247.3），以“Tunable backbone-degradable robust tissue adhesives via in situ radical ring-opening polymerization”為題發(fā)表在Nature Communications（Nat. Commun., 2023, 14: 6036）。該文第一作者為長春應(yīng)化所博士生楊然，通訊作者為長春應(yīng)化所陳炳剛特別研究助理、閆秋艷特別研究助理和欒世方研究員。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和中國科學(xué)院-威高計劃等項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41610-1
作者簡介
楊然，第一作者，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)與工程學(xué)院2019級博士研究生。主要從事醫(yī)用組織閉合高分子材料研究。以第一作者在Nat. Commun., Prog. Polym. Sci.等期刊發(fā)表論文5篇。申請國內(nèi)外發(fā)明專利5項(xiàng)。
陳炳剛，通訊作者，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所特別研究助理。以第一或通訊作者在Nat. Commun., Chem. Eur. J.等期刊發(fā)表文章，申請國內(nèi)外發(fā)明專利5項(xiàng)。研究方向主要為自由基開環(huán)聚合方法學(xué)研究及其在下游生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用。
閆秋艷，通訊作者，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所特別研究助理。主要從事醫(yī)用高分子材料與醫(yī)療器械研究。發(fā)表國內(nèi)外論文10余篇，申請/授權(quán)國內(nèi)外發(fā)明專利5項(xiàng)，主持國家青年科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)，以骨干身份參與國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目多項(xiàng)。
欒世方，通訊作者，國家萬人計劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目首席科學(xué)家，醫(yī)用植介入器械及材料國家工程研究中心主任、威高集團(tuán)副總工程師。從醫(yī)用材料及其器械產(chǎn)業(yè)的重大需求出發(fā)，帶領(lǐng)團(tuán)隊開展從醫(yī)用高分子功能化、成型、表面調(diào)控到醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)化全鏈條研發(fā)工作。與企業(yè)合作獲批Ⅲ類醫(yī)療器械注冊證12件，授權(quán)國內(nèi)外發(fā)明專利54件、實(shí)施11件。在Nat. Commun., Prog. Polym. Sci.等期刊上發(fā)表論文150多篇。學(xué)術(shù)會議主題/邀請報告40余次。獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎、中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎、高分子材料與工程青年科技獎、高分子加工新銳創(chuàng)新獎等。主要學(xué)術(shù)兼職：中國生物材料學(xué)會常務(wù)理事、中國合成橡膠工業(yè)協(xié)會專家委員會委員、上海大學(xué)產(chǎn)業(yè)教授和萬華化學(xué)講席教授等。
下載：Tunable backbone-degradable robust tissue adhesives via in situ radical ring-opening polymerization
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