在生物医用材料和生物电子领域，随着临床需求的增长，对于能够在湿润环境中保持强粘附性和抗膨胀性的材料的需求日益迫切。这些材料不仅要在手术和创伤处理中实现快速止血和促进组织愈合，还要在生物电子设备中作为可靠的接口，以确保在湿润条件下的稳定性和有效性。然而，
现有材料在湿润环境下的粘附性能不足，且容易因水分子干扰而失效，限制了它们在临床和生物电子应用中的潜力。
此外，传统水凝胶在水环境中的膨胀问题也严重影响了其性能。因此，开发新型水凝胶基生物粘合剂，通过分子结构和分子间相互作用的调控，以实现优越的湿粘附性能和抗膨胀性，成为了该领域的一个重要研究方向。
西安交通大学成一龙团队
研究了一种新型水凝胶生物粘合剂PAAS，它由N-丙酰基苯丙氨酸（APA）、丙烯酸（AA）和[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基(3-磺丙基)铵氢氧化物（SBMA）通过自由基聚合制备。
PAAS水凝胶在湿润环境下展现出卓越的湿粘附性能和抗膨胀性，具备快速止血、促进组织损伤愈合以及作为生物电子监测界面的潜力。
1.主要内容
图1 PAAS水凝胶的设计、机制和应用
图中描绘了PAAS水凝胶的制备过程，以及其作为生物粘合剂用于快速止血和促进组织损伤愈合的能力。此外，还展示了PAAS水凝胶在监测人体生理信号方面的应用，如水下监测脉搏、心电图(ECG)和肌电图(EMG)。
图2 PAAS水凝胶与其他对照水凝胶（PAS、PAA）的物理特性和粘附性能的比较
通过扫描电子显微镜（SEM）图像，揭示了三种水凝胶的微观结构差异，
其中PAAS水凝胶显示出最紧凑的微观结构和最小的孔径。还测试了PAAS水凝胶的抗肿胀能力，其在水浸泡10天后体积几乎无变化，而其他水凝胶则出现显著膨胀
。
此外，PAAS水凝胶在拉伸和压缩测试中表现出更高的强度和韧性
，
这得益于其分子结构中的独特相互作用。接触角测试结果表明PAAS水凝胶具有最高的表面疏水性，这有助于在湿润环境下形成稳定的粘附。
最后，图中的粘附强度和界面韧性测试结果证实了PAAS水凝胶与湿皮肤组织间的强大粘附能力，远超其他对照水凝胶，凸显了其作为生物粘合剂的潜力。
图3 PAAS水凝胶的粘附性能测试结果
图中显示，PAAS水凝胶与湿态猪皮的粘附强度迅速达到85 kPa，并且能够在水下提起2kg重物而不失粘。与市售生物粘合剂相比，
PAAS水凝胶展现出更高的剪切强度和界面韧性，其粘附稳定性在50次循环加载后仍保持在初始值的85%以上。此外，PAAS水凝胶在水下浸泡30天后粘附强度仅下降不到10%，证明了其长期粘附耐久性。图中还展示了PAAS水凝胶对多种湿态猪组织（包括肝脏、肺、心脏、胃和动脉）以及工程基底（如钛和铜）的粘附性能，以及在动态压力下对湿组织的密封性能，如心脏、动脉和皮肤组织的爆破压力测试。
图4 PAAS水凝胶在体内止血和促进伤口愈合方面的性能
图中可见，
PAAS贴片能迅速控制肝脏切口的出血，并且与肝脏组织形成牢固的粘附，显著减少了出血量和止血时间
。
组织学染色结果显示，PAAS贴片处理的肝脏在手术后3天和7天的愈合过程中，炎症反应轻微，且伤口愈合速度快。在胃穿孔模型中，PAAS贴片同样展现了优异的密封性能，促进了伤口的快速愈合，而传统缝合方法则导致了组织变形和持续的穿孔。免疫荧光染色进一步证实了PAAS贴片处理的胃组织中炎症细胞较少，细胞增殖和血管生成活跃，表明PAAS贴片不仅能有效止血，还能加速组织修复过程，减少术后粘连。
图5 PAAS水凝胶作为传感器在监测生理信号方面的应用
如图5所示，显示了PAAS水凝胶在水下通过摩斯密码传输信息的能力，以及它在附着于人体皮肤时对手腕弯曲和挤压的响应。
水凝胶传感器能够准确捕捉到空气中和水下人体脉搏的微小振动，并且能够清晰地区分脉搏波形中的P波、T波和D波。此外，PAAS水凝胶还被用作生物电极，与商业电极相比，它能够检测到与商业电极相似的心电图(ECG)信号，并且在水下浸泡3天后仍能保持一致和重复的ECG信号。
在长期稳定性测试中，PAAS水凝胶电极在水下1200秒后仍能保持较高的肌电图(EMG)信号噪声比，而商业电极则因容易从皮肤上脱落而导致信号噪声比显著下降。
