东南大学章炜Chem. Soc. Rev.封面文章：仿生粘附水凝胶

作为一类独特的高分子，材料，水凝胶在从纳米到微米，各种尺度上具有相互连接的多孔网络，展现出很多结构衍生特性，包括高表面积，可容纳各种填充物，固有的柔韧性，可控制的力学性能，以及优异的生物相容性。但由于其聚合物网络，中含有大量的水，形成界面层，阻止水凝胶与基材之间，的表面接触，导致其表面能降低，水凝胶的粘合性严重减弱。此外，水分子通过氢键与水，凝胶中的粘合剂基团相互作用，大幅减少了水凝胶与固体材料，之间的界面反应。当将水凝胶应用于大多数，潮湿表面（人体，组织和生物胶）生物医学工程中时，情况将更加复杂。

在潮湿条件下研发粘附水凝胶的，技术挑战类似于海洋生物所需要解决的水下粘附问题，它们可以在动态和湍流的水下环境中，实现牢固的界面粘附。3,4-二羟基-L-苯丙氨酸（DOPA）是一种存在于其黏附蛋白中，的生物大分子，已被证实能够促进，与基材在水中的粘附。因此作为启发，使用仿生原理开发新型粘性水凝胶对揭示水下粘合，机理具有极其重要的意义，同时亦为新型多功能平台的设计，打开了大门。

东南大学章炜副教授，孙正明教授，华中科技大学赵强教授，滑铁卢大学赵博欣副教授，密西根州立大学Bruce P. lee副教授合作在，chemical Society Reviews发表综述文章“Catechol-Functionalized Hydrogels: Biomimetic Design, Adhesion Mechanism, and Biomedical Applications”。该综述总结了受贻贝，启发的粘合水凝胶材料，并介绍了三个相互关联，的主题，具体包括：水对水凝胶，附着力的破坏机制；仿生大分子dopa的，水下粘附机理；以及粘附水凝胶在生物工程，领域的应用。近年来，每个主题都引起了极大，的兴趣，涉及广泛而深刻的，跨学科挑战。综述概述了水凝胶材料在水下粘附中，存在的技术困难，着重介绍了表征水凝胶，水下力学性能的相关参数，以及依此建立水凝胶材料的实验，设计和评估方法，并总结了仿生粘性水凝胶，的独特性能、合成方法和制备工艺，提出了水下粘附机理的新见解(，新见解)。





邻苯二酚基团在水下粘合中，的多种作用：（a）瞬时粘合，（b）凝聚形成，和（c）湿粘合剂固化。



通过（a）邻苯二酚交联，（b）含邻苯二酚的共聚物的组装，或交联以及（c）邻苯二酚-金属配位化学制备，粘附水凝胶。





（a）具有自修复性能和增强，细胞活性的皮肤粘合水凝胶；

（b）修复胎膜的亲水性，粘附水凝胶；

（c）基于邻苯二酚-金属离子络合和导电ppy纳米，粒子用于开发可自愈的导电水凝胶，用于对心肌组织的粘合；

（d）用于修复肝组织的可快速凝，血水凝胶粘合剂。





（a）含有邻苯二酚的水凝胶药物载体表现出增强，的粘膜粘附特性；

（b）可逆的邻苯二酚硼酸酯络合物用于，设计具有ph响应的药物释放水凝胶；

（c）基于邻苯二酚-金属离子络合的水，凝胶胶囊。这篇综述详细介绍了基于贻贝启发的邻苯二酚功能化粘性水凝，凝胶材料的设计和开发研究进展。通过使用邻苯二酚官能团，设计水凝胶，其与各类表面之间的，水下粘附性得以显著加强，优异的内在特性使粘性水凝胶在各种生物医学领域，中得到了广泛的应用，包括组织修复和再生，防污和抗菌应用，药物输送以及细胞封装和，输送等。该领域目前已，取得了突破性进展，但仍存在关键性挑战，亟待持续研究。

文献链接：Chemical Society Reviews, 2020, DOI: 10.1039/C9CS00285E

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