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《美国伍斯特理工学院正在开发新型水凝胶聚合物粘合剂，有望实现更坚固、更安全的医疗植入物》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2025-04-17

  • 转自全球技术地图

    据AZO MATERIALS 4月10日消息，美国伍斯特理工学院 (WPI) 的研究人员正在开发一种新型水凝胶聚合物医用粘合剂，有望实现更坚固、更安全的医疗植入物。研究人员专注于研发双层生物粘合剂，由透明液体粘合剂层和透明固体水凝胶层组成。其目标是开发一种模块化的水凝胶和聚合物系统，该系统能够根据目标组织的机械特性与人体组织结合。这些水凝胶-聚合物生物粘合剂将协同作用，提供快速、牢固、稳定且深度的粘合。

  • 原文来源：https://www.azom.com/news.aspx?newsID=64449
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  • 《与聚合物混合丝可能会导致更好的生物医学植入物》
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    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-08-18
    • 旋转蜘蛛和蚕丝绸,一直困扰着人类的工程师还没有想出如何人为再现这艰难,细纤维。不过，通过将丝绸与合成化合物结合，一个研究小组离开发具有这两种材料最佳性能的新型可植入复合材料越来越近了。丝绸在人体中使用是安全的。潜在的应用可能还需要数年时间，包括手术后将骨头固定在原位的结构，或者膝关节软骨垫的替代品。 研究人员今天将在美国化学学会(ACS) 2020年秋季虚拟会议和博览会上展示他们的研究结果。 该项目的首席研究员关娟博士说:“蚕丝在生物医学应用方面有很大的潜力。”“丝绸用途广泛，人体对它的耐受性很好，甚至可以降解和吸收它。” 丝绸在医学上有着悠久的历史。古代医生用蚕丝缝制病人的记录可以追溯到近2000年前。如今，外科医生完成某些手术，比如眼部手术，都是用丝线缝合的。 通过结合蚕丝和合成聚合物，官和她在北京航空航天大学的同事们正在寻求开发用于医药和其他潜在领域的多功能新材料。虽然其他研究人员已经开发出了与丝有关的复合材料，但他们通常是研究短纤维或丝中的主要蛋白质。然而，关专注于用一根长而单一的线织成的丝织品。桑蚕的蚕茧可以含有近5000英尺长的纤维，当用在织物上时，这种纤维比一系列较短的、分散的纤维更能有效地分散机械压力，她说。在他们的研究中，关教授的团队使用了来自普通家养蚕的丝，以及来自野生品种柞蚕的更坚韧、更具弹性的纤维。 研究人员将这种织物与聚合物基质结合，通常是环氧树脂，用于粘合剂。织物和聚合物一起形成层压板——类似于在一些家具上发现的耐用表面覆盖物——然后可以切割成研究人员需要的形状。 关和她的同事们说，这些新材料的特性可以使它们比目前使用的材料更适合人体组织。例如，他们正与骨科医生合作，设计出类似笼子的结构，在椎体手术后融合时，可以暂时将其固定在适当的位置，目前这项任务主要是用金属来完成的。她说，丝质复合材料的硬度和硬度与骨骼的相容性更好，这使得它们比金属结构更有弹性，也更舒适。 然而，也存在挑战。人体内部是潮湿的，这是一个潜在的问题，因为水可以软化和削弱丝绸。在新的实验中，关和她的同事们测试了丝质环氧复合材料在暴露在潮湿环境或浸没在水中时的表现。为了和骨头一起使用，它们必须保持一定的硬度。她说，实验表明，尽管这种特性在更湿润的条件下会减弱，但复合材料仍然足够坚硬，可以作为植入物使用。 虽然环氧树脂牢固地附着在丝纤维上，但它有一个主要的缺点:人体不能分解和吸收环氧树脂，这意味着它不适合植入物溶解。因此，关最近开始研究生物高聚物，像蚕丝，可以被人体分解和吸收。然而，这些复合材料的内聚力比环氧树脂的要低。她说:“关键问题是如何使生物聚合物和真丝织物之间的界面更加坚固。” 科学家们也在寻找其他类型的纤维来补充蚕丝。在最近的一项研究中，他们在混合物中加入了碳纤维。碳纤维研究的作者罗伯特·o·里奇博士说:“将蚕丝与其他纤维杂交的概念使它有可能产生一个相当不错的性能谱，你可以针对特定的应用进行优化。”他说，这些新型结构材料的潜在用途可以在任何地方:在人体，甚至在网球拍或飞机引擎上。
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  • 《Science：用于亲密生物界面的生物粘合剂聚合物半导体和晶体管》
    • 来源专题：先进材料
    • 编译者：李丹
    • 发布时间：2023-11-12
    • 来自材料牛 【导读】         将生物相容性电子设备与活体生物组织相结合，是实现生物信号实时测量的有前途途径，对生物研究和健康监测具有重要意义。生物电子设备的关键目标是实现感测表面与组织之间的稳定符合性界面。这需要设备具备柔软、可伸缩的特性，以适应组织的曲线表面，并实现电感测表面与组织的稳定结合。尽管在可伸缩生物电子材料和设备的发展方面取得了进展，但对于需要电子材料与湿润组织表面结合的界面，成功仅限于导体，而这只能用于具有中等灵敏度的被动感测。          为了实现更高的灵敏度，基于晶体管的主动感测设备是更先进的选择，可以提供内置放大功能。在生物界面感测领域，基于半导体聚合物的有机电化学晶体管（OECTs）是一种更有前途的选择，具有高放大倍数、低操作电压、与基于离子的生物事件的内在兼容性，以及实现组织类似可伸缩性的可能性。OECT的感测功能通过将其半导体通道直接连接到组织表面来实现，使生物电位或靶向生化信号可以静电地调制通道的整体电导率。因为这种生物信号转导本质上是由半导体通道与组织表面之间的微观距离决定的，传统的固定方法如缝合或装订边缘，以及使用单独粘合剂的方式，都不能提供最符合性和稳定性的半导体聚合物与组织表面之间的接触。因此，更理想的界面是直接将半导体通道粘附到组织表面。这种技术在实现更高灵敏度的生物信号检测方面具有潜力和前景。 【成果掠影】         2023年8月10日，美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院Sihong Wang团队报道了一种生物粘附性聚合物半导体，通过生物粘附性刷状聚合物和氧化还原活性的半导体聚合物形成的双网络结构。由此产生的半导体薄膜能够与湿润组织表面迅速而牢固地粘附，同时具有约每秒1平方厘米每伏特的高载流子迁移率、高可伸缩性和良好的生物相容性。进一步制备完全生物粘附的晶体管传感器使研究者能够在孤立的大鼠心脏和体内大鼠肌肉上产生高质量稳定的电生理记录。相关成果以“Bioadhesive polymer semiconductors and transistors for intimate biointerfaces”为题发表在Science上。 【核心创新点】         本研究创新性地开发了一种双网络结构的生物粘附性聚合物半导体，实现了与湿润组织表面的迅速强大粘附、高载流子迁移率、可伸缩性和生物相容性，并在生物领域实现了高质量稳定的电生理记录。 【成果启示】         总言之，本研究设计了一种BASC薄膜，能够在轻压下与生物组织迅速稳固地粘附，并具有高载流子迁移率。这是通过将半导体聚合物和独立的组织粘附性聚合物形成的双网络结构实现的。与现有的组织粘附性材料和水凝胶不同，该BASC薄膜在实现生物粘附的同时保持了高电性能，克服了半导体聚合物侧链长的限制，确保了表面生物粘附基团的可访问性，同时还能与溶于有机溶剂的半导体聚合物共加工，实现了连续的电荷传输路径和适度的水肿胀性。 原文详情：Nan Li et al., Bioadhesive polymer semiconductors and transistors for intimate biointerfaces. Science 381,686-693(2023). DOI:10.1126/science.adg8758
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