由于界面水的干扰和有限的黏附-组织相互作用，实现生物黏附剂在湿润组织上的强黏附仍然是一个挑战和迫切的临床需求。本文报道了一种自凝胶性的聚乙烯亚胺/聚丙烯酸(PEI/PAA)粉末，由于聚合物之间强烈的物理相互作用，这种粉末可以在2秒内吸收界面水，形成物理交联的水凝胶。此外，物理交联的聚合物可以扩散到基材聚合网络中，以增强湿粘附力。尽管存在过度的机械挑战和组织表面的不规则，表面沉积的PEI/PAA粉末可以有效地封闭受损的猪胃和肠。进一步证明PEI/PAA粉末是一种有效的封闭剂，可以提高大鼠胃穿孔的治疗效果。PEI/PAA粉末具有很强的湿性、良好的细胞相容性、适合复杂部位的适应性以及易于合成等特点，使其成为一种很有前途的生物粘附剂，在许多生物医学领域有着广泛的应用前景。
图1.PEI/PAA水凝胶的制备及性能。
(A)PEI/PAA粉末和PEI/PAA水凝胶制备示意图。
(B)化学交联水凝胶制备和干凝胶粉末膨胀的示意图。
(C)心形、C形、U形、H形和K形PEI/PAA水凝胶，由沉积在玻璃板上的PEI/PAA粉末加水形成。
(D)从分散的PEI/PAA粉末转变为块状水凝胶的过程。
(E)流变分析测定PEI/PAA粉末在37°C吸附DMEM时的凝胶化时间。
(F)PEI、PAA和干PEI/PAA凝胶的FTIR光谱。
(G)物理交联的PEI/PAA水凝胶和化学交联的水凝胶的储能模量(G‘)和损耗模量(G“)作为频率的函数。应变=1%，T=37°C。
(H)共聚焦显微镜图像显示聚合物在PEI/PAA水凝胶中的扩散以及x-y平面荧光面积百分比随时间的变化。
(I)不同分子量PEI和PAA质量比(n=3)的PEI/PAA水凝胶/凝聚体的储能模量(G‘)和损耗模量(G“)。
(J)在37°C的DMEM中孵育的PEI5/PAA5水凝胶的破坏拉伸强度随时间的变化(n=3)。
(K)胃上皮细胞与水凝胶或阳性对照培养液共孵育24小时后的活/死染色(左)和细胞存活率(右)(n=5)。所有用于力学测试的PEI/PAA水凝胶都是在37°C下向PEI/PAA粉末中加入DMEM制备的，数据的平均值为±SD。
图2.PEI/PAA粉末的湿粘附力。(A至C)PEI/PAA粉末(A)、干燥的化学交联凝胶(B)和预制PEI/PAA水凝胶(C)的湿式附着力示意图。(D)三种测试材料的吸水率(n=3)。(E)PAAM水凝胶与三种试验材料粘接的扫描电镜图像。(F)共聚焦显微镜图像，显示沉积的PEI/PAA粉末中的物理交联聚合物扩散到PAAm水凝胶基质中(左)，以及y-z平面上的相对荧光区域随时间的变化(右)。三组间的统计学意义采用单因素方差分析和图基后处理，*P0.。数据以平均值±SD表示。
图3.PEI/PAA粉末在各种湿基材/组织上的附着力。
(A)在短时间内将固定在玻璃盘上的PEI/PAA粉末粘在湿鸡皮上。
(B至F)PEI/PAA粉末在不同水溶液中浸泡前后在湿PAAM水凝胶(B)、鸡皮(C)、猪心(D)以及猪肠(E)和胃(F)粘膜上的粘附性。
(G)不同粘合剂在湿鸡皮上的粘附应力(n=3)。
(H)PEI/PAA粉末对各种组织的粘附应力(n=3)。
(1)皮肤在不同温度孵育后粘附力的变化(n=3)。
(J)不同PEIX/PAAy粉末对皮肤的粘附力(n=3)。
所有组织在使用前均在37°C的DMEM中浸泡30min。刻度尺，1厘米。多组间的统计学意义采用单因素方差分析和图基后处理，*P0.。数据以平均值±SD表示。
图4.PEI/PAA粉末的伤口封闭和装置固定能力。(A和B)PEI/PAA粉末有效地封闭了充满SGF(A)的猪胃的1.5厘米长的条状伤口和充满SIF(B)的猪小肠的5mm直径的圆形伤口。(C)爆破压力测试示意图。(D)纤维蛋白凝胶或PEI/PAA粉封闭胃肠爆裂压(n=3)。(E)将可伸缩应变传感器粘附在受损的猪小肠上。(F)PEI/PAA水凝胶粘贴应变传感器在几个循环内测量的电阻(R/R0)。灰色和白色分别表示通货膨胀和通缩。经t检验，差异有统计学意义，*P0.。数据以平均值±SD表示。
图5.PEI/PAA粉末增强胃穿孔的封闭和愈合。(A)为封闭胃穿孔而进行的外科手术的示意图及照片。用缝线、纤维蛋白凝胶或PEI/PAA粉(原始放大倍数：上，×20；下，×40)处理后，第7天取胃创面大体照片(B)和HE染色(C)。(D)PEI/PAA水凝胶附着在胃壁上的照片和扫描电镜图像。(E)HPF时创缘周围典型图像及PCNA染色定量(原始放大倍数：×，苏木素反染)。(F)HPF肉芽组织典型图像及PCNA染色定量(原始放大倍数：×，苏木素反染)。(G)HPF血管生成标志物CD31的典型图像和染色定量(原始放大倍数：×，苏木素反染)。*色箭头表示PCNA阳性细胞，红色箭头表示血管。用单因素方差分析和Tukey后处理分析三组间的统计学意义，**P0.01和*P0.。数据以平均值±SD表示。
在PEI和PAA水溶液按选定的重量比(5：5)混合后，两种聚合物之间强烈的非共价相互作用(如静电相互作用和氢键)导致相分离，形成致密的富聚电解质的凝胶状相和更稀溶液相。聚合物链之间可逆的非共价相互作用使PEC具有出色的自我修复能力。经冷冻干燥和研磨后，得到粒径在25~μmPEI/PAAPEC的干燥碎片。在水合时，每个PEC碎片会迅速膨胀形成微凝胶。同时，溶胀的碎片在表面接触后会迅速自我愈合，形成松散、弱交联的粘性块状水凝胶，不需要大量的聚合物扩散。因此，在水化过程中，可以完成从粉末到水凝胶的转变，从而快速(在2s内)建立起最初的粘附性。
同时，PEI/PAA水凝胶中的羧酸和胺基可以与湿衬底表面的官能团(如胺和巯基)形成物理相互作用，从而在2s内迅速引发粘附。物理交联的聚合物随后可以随着时间的推移扩散到基材中，以进一步增强粘附力。因此，PEI/PAA粉料的粘附性是由物理相互作用和互穿作用共同决定的。添加水或其他水介质可以诱导PEI/PAA粉末的快速凝胶化，从而更容易在实际环境中储存、运输和使用。PEI/PAA粉末沉积在湿基板上，能在原位吸附界面水形成水凝胶，使水凝胶与基板紧密接触。同时，PEI/PAA水凝胶中的羧酸和胺基可以与湿衬底表面的官能团(如胺和巯基)形成物理相互作用，从而在2s内迅速引发粘附。物理交联的聚合物随后可以随着时间的推移扩散到基材中，以进一步增强粘附力。
PEI/PAA凝胶黏附在组织上，可在较长时间内对这些湿润组织产生较强的粘附性。该粘合剂PEI/PAA能有效封闭和促进体内受损组织的愈合，便于医疗器械的附着。由于PEI/PAA的粘附性强且易于制备，是伤口愈合、止血剂、可穿戴设备和药物输送等多种应用的理想候选者。
参考文献：