含有单宁的水凝胶粘合剂，在蛋白质泄漏的情况下能够增强机械性能和粘附强度

《Biomaterials Science》：Tannin-bearing hydrogel adhesives with enhanced mechanical and adhesion strength in response to protein leakage

吻合口漏是胃肠手术严重并发症，现有密封剂在消化酶作用下易失效。本研究开发了一种单宁酸包埋的 tough hydrogel 粘合剂 TA-Gel，通过单宁酸与肠道酶蛋白形成复合物，显著增强材料刚度（弹性模量提升至 1.2 MPa）、粘附强度（剪切强度达 112 kPa）及密封耐压性（ burst pressure 提高至 60 kPa）。TA-Gel 的抗菌性能通过抑制 E. coli 和 B. subtilis 细菌定植证实，其免疫原性接近商用纤维蛋白密封剂 Tisseel。材料在模拟肠道液（SIF）中展现自适应性能，机械强度提升与蛋白-单宁复合物形成直接相关。TA-Gel 为解决术后吻合口漏提供新型生物可吸收密封材料。

　　在医学领域，尤其是腹部外科手术中，吻合口瘘（anastomotic leak）是一种非常严重的并发症，不仅会显著影响患者的康复效果，还可能导致感染、败血症、住院时间延长，甚至危及生命。传统手术密封剂和新兴的水凝胶粘合剂在遇到泄漏的消化酶时，常常会失去其机械强度和粘附性能，这成为限制其临床应用的重要因素。为了解决这一问题，科学家们开发了一种新型的水凝胶粘合剂——TA-Gel（含单宁酸的水凝胶），该材料在接触泄漏的蛋白质后，能够增强其机械性能和粘附能力，从而更有效地防止吻合口瘘的发生。

TA-Gel的核心结构是基于明胶和丙烯酸的交联网络，其中封装了单宁酸。这种设计使得TA-Gel能够通过氨基-羧基化学反应，牢固地粘附于湿润的组织表面。在实际应用中，当TA-Gel遇到肠道泄漏的消化酶时，单宁酸能够与这些蛋白质形成稳定的复合物，从而提升水凝胶的硬度和储能模量。这种增强的机械性能不仅提高了粘附能力，还增强了材料在漏液环境下的稳定性。此外，TA-Gel还表现出优异的抗菌性能，这为防止术后感染提供了额外的保障。

这一研究的灵感来源于植物种子在通过消化道时，由于其富含单宁酸的外层能够与蛋白质形成复合物，从而增强种子外膜的机械强度。科学家们借鉴这一自然现象，将单宁酸引入水凝胶材料中，使其在与消化酶接触后，能够动态调整自身的性能。这种智能响应特性使得TA-Gel不仅能够适应泄漏的液体环境，还能通过增强的粘附性能和机械强度，有效防止泄漏的发生。

为了验证TA-Gel的性能，研究人员进行了多方面的实验。首先，通过扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜观察了TA-Gel的微观结构，发现其具有均匀的多孔网络，这有助于其在湿润环境中更好地渗透和粘附。接着，通过测量TA-Gel的杨氏模量（Young's modulus）和储能模量（storage modulus），研究人员发现，当TA-Gel接触消化酶时，其杨氏模量和储能模量显著增加，而耗能模量（loss modulus）则相应减少。这表明，TA-Gel在与蛋白质相互作用后，能够更有效地分散能量，从而提升其粘附性能。

在粘附性能的测试中，研究人员使用了三种国际标准：T型剥离测试（T peel test）、搭接剪切测试（lap-shear test）和拉伸测试（tensile test）。这些测试分别评估了TA-Gel在不同条件下的粘附强度。结果显示，TA-Gel在接触模拟肠道液（SIF）后，其界面韧性、剪切强度和拉伸强度均显著优于对照组和传统密封剂Tisseel。这表明TA-Gel在遇到消化液时，能够主动增强其粘附能力，从而更有效地封闭可能的泄漏点。

为了进一步验证TA-Gel的密封性能，研究人员模拟了肠道泄漏的条件，对猪小肠组织进行实验。他们用5毫米直径的工具在小肠上制造一个孔洞，并分别使用TA-Gel、对照组水凝胶和Tisseel进行封闭。随后，通过注入PBS（磷酸盐缓冲液）或SIF，测试这些材料在不同液体条件下的破裂压力。结果显示，当使用SIF时，TA-Gel的破裂压力显著高于对照组，且在持续注入SIF后，其破裂压力保持稳定，而对照组则迅速下降。这表明TA-Gel在遇到消化液时，能够通过增强的机械性能和粘附能力，有效防止泄漏的发生。

此外，TA-Gel的抗菌性能也得到了充分验证。研究人员使用了ISO 22196标准进行抗菌测试，将大肠杆菌（Gram-negative）和枯草芽孢杆菌（Gram-positive）分别接种到含有TA-Gel、对照组水凝胶或Tisseel的培养皿中，并在37℃下培养24小时。结果显示，对照组和Tisseel培养皿中形成了大量的细菌菌落，而TA-Gel培养皿中几乎没有菌落生长。这表明TA-Gel具有优异的抗菌能力，可能通过其单宁酸中的酚羟基实现对细菌的抑制作用。

在免疫反应方面，研究人员通过将TA-Gel和对照组水凝胶植入小鼠皮下，观察了其在7天后的免疫细胞反应。结果显示，TA-Gel和对照组在免疫细胞募集方面没有显著差异，表明TA的引入并未显著改变水凝胶的免疫特性。这为TA-Gel在临床应用中的安全性提供了支持。

综上所述，TA-Gel是一种具有智能响应特性的水凝胶粘合剂，能够通过与泄漏的蛋白质形成复合物，动态增强其机械性能和粘附能力。同时，其优异的抗菌性能和良好的生物相容性，使其成为一种具有广泛应用前景的手术密封材料。这项研究不仅为解决吻合口瘘问题提供了新的思路，也为其他涉及液体泄漏的医学场景提供了潜在的解决方案。