【材料】西南交通大学鲁雄教授团队：受植物粘附机理启发的超强粘附水凝胶

来源：X一MOL资讯

粘附水凝胶在生物医学中已经取得实际应用，但大多数粘附水凝胶不具有长期和可重复的粘合性，通常表现出较差的机械性能，且不具备抗菌能力。因此研制一种具有超强力学性能、抗菌性能，兼具良好生物相容性的粘附水凝胶仍面临严峻的挑战。

针对以上问题，西南交通大学的鲁雄教授课题组受植物粘附机理启发，基于银-木质素纳米粒子（Ag-Lignin NPs）触发动态氧化还原儿茶酚化学，开发了坚韧、抗菌的粘附水凝胶，构建了动态儿茶酚氧化还原体系，得到持久还原-氧化环境的水凝胶网络。该氧化还原系统连续产生儿茶酚基团，赋予水凝胶长期和可重复的粘合性。此外，Ag-木质素NPs产生自由基并触发水凝胶的自凝胶化，因此水凝胶能够在室温环境下固化。该水凝胶网络中存在共价和非共价相互作用，使水凝胶具有高韧性。由于儿茶酚基团和Ag-木质素NPs具有杀菌能力，水凝胶还具有良好的细胞亲和力和高抗菌活性。该研究概括了从贻贝到植物的儿茶酚粘附理论，并提出了基于动态植物儿茶酚化学设计坚韧和粘性水凝胶的策略。

图1. Ag-木质素NPs的制备及反应机理

图2. 植物设计策略为基于儿茶酚化学的粘附、坚韧和抗菌的NPs-P-PAA水凝胶。（a）植物启发的粘附和坚韧水凝胶的分子结构方案；（b）将0.03 NPs-P-PAA水凝胶伸长至其初始长度的26倍并在2分钟内回复；（c）0.03 NPs-P-PAA水凝胶的典型拉伸应力-应变曲线；（d）0.03 NPs-P-PAA水凝胶反复粘附在作者的皮肤上，剥离后未发现残留，对皮肤无刺激；（e）0.03 NPs-P-PAA水凝胶30次循环粘附测试。

该研究成果发表于Nature Communications。论文的第一作者为在读博士研究生甘东林和硕士邢文思，该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

该论文作者为：Donglin Gan, Wensi Xing, Lili Jiang, Ju Fang, Cancan Zhao, Fuzeng Ren, Liming Fang, Kefeng Wang & Xiong Lu

原文

Plant-inspired adhesive and tough hydrogel based on Ag-Lignin nanoparticles-triggered dynamic redox catechol chemistry

Nat. Commun., 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-09351-2

导师简介

西南交通大学鲁雄教授2004年博士毕业于香港科技大学，2009年入选日本学术振兴会博士后研究员（JSPS Fellow）。该团队长期致力于生物材料领域相关的工作，包括生物活性陶瓷及骨组织修复、抗菌植入体表面处理、生物医用水凝胶与组织工程支架、纳米材料与药物缓释和生物材料理论计算模拟，相关研究成果在Nature Communications、Biomaterials、ACS Nano、Chemistry of Materials、Small、NPG Asia Materials、ACS Applied Material Interfaces、Journal of Physical Chemistry B等期刊上共发表三大检索收录论文180余篇，其中以第一作者身份（通讯作者）在SCI收录杂志上发表80余篇，论文总引用2000余次，单篇最高引用300余次，申请专利10余项。