组织粘附材料在急救止血、伤口愈合以及组织工程等生物医学领域具有巨大应用潜能。在血液或体液暴露的情况下，伤口闭合需要快速且有效的湿粘附性能。然而，“界面水层”的间隔作用使得组织粘附材料无法实现牢固的界面粘合。硅藻是海洋中典型的污损生物，通过分泌胞外多糖（主要成分为亲水性多糖）来实现强大的水下粘附。

近日，中国海洋大学海洋生命学院陈西广教授团队创新性地提出了“硅藻仿生亲水多糖湿粘附机制”，利用亲水性白芨多糖（Bletilla Striata Polysaccharide, BSP）和硅藻外壳，即硅藻生物硅（Diatom Biosilica, DB），构建了具有强大湿粘附性能的BSP/DB封闭止血材料（图1a，b）。研究结果表明，DB通过其微纳米层级多孔结构为BSP和生物组织分子提供大量锚定位点，利用其表面丰富的硅醇基团与生物组织分子间形成氢键，表现出独特的锚定界面作用。该作用一方面有效提升BSP的耐水性与内聚力（图1c），另一方面，可进一步增强粘合剂与生物组织分子间的连接网络（图1d），表现出强大的湿粘附能力，在多种动物创伤模型中表现出快速封闭和快速止血作用（图2）。冻干后的BSP/DB可进一步实现抗凝全血的快速凝固，扩大其临床应用场景（图3）。这项研究工作不仅加深了目前对硅藻水下粘附机制的理解，而且为仿生设计具有高效湿粘附性能的生物医用材料开辟了新的途径。该工作以“Diatom-Inspired Bionic Hydrophilic Polysaccharide Adhesive for Rapid Sealing Hemostasis”为题发表在ACS Nano上（ACS Nano 2023. DOI 10.1021/acsnano.3c05205.）。陈西广教授团队博士生孙小杰为论文第一作者，冯超副教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金的支持。

图1 受硅藻启发设计的仿生亲水多糖粘合剂—BSP/DB封闭止血材料

图2 BSP/DB封闭止血材料

在动物创伤模型中表现出快速封闭和快速止血作用

图3冻干的BSP/DB实现抗凝全血组分的快速凝固

近年来，陈西广教授团队在海洋硅藻紧急止血材料研究领域取得了大量原创性成果，利用硅藻生物硅微纳结构所带来的独特性能，开发新型医用生物材料。团队于2016年在国际上首次报道了硅藻生物硅的快速止血作用（ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016, 8, 34234?34243），在此基础上开发了一系列硅藻生物硅止血材料新剂型，包括：止血纱布（Biomaterials Advances, 2022, 143: 213179）、止血颗粒（J. Colloid. Interf. Sci. 2023, 651: 544-557）、止血气凝胶（Adv. Healthcare Mater. 2020, 9, 2000951）等，并进一步将其应用方向拓展至创面组织修复领域(ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022, 14, 46324?46339)。其团队冯超副教授为以上文章的第一或通讯作者。

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https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05205

https://doi.org/10.1021/acsami.6b12317

https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2022.213179

https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.07.202

https://doi.org/10.1002/adhm.202000951

https://doi.org/10.1021/acsami.2c13956

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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