高强韧仿生丝素蛋白双层面贴(SF patch)实现湿态动态环境下软组织无缝合修复

为解决湿态动态环境中组织粘附力不足的临床难题，中国科学院团队开发出兼具高机械强度与强界面粘附的双层丝素蛋白贴片(SF patch)。该材料通过微观结构连接实现力学-粘附协同优化，在猪离体胃肠和鼠在体神经模型中验证了无缝合修复效果，为内软组织功能重建提供新策略。

　　

在临床外科手术中，胃肠穿孔和神经断裂等软组织损伤的修复长期依赖缝合技术，但缝线穿刺会造成二次损伤，且难以在湿润动态的生理环境中保持稳定。更棘手的是，现有组织粘合剂普遍存在"粘得牢则脆，韧性强则粘不住"的矛盾——要么像氰基丙烯酸酯类胶水(cyanoacrylate)那样刚性过高导致界面剥离，要么如纤维蛋白胶(fibrin glue)般机械强度不足易被组织运动撕裂。这种机械内聚力(cohesion)与界面粘附力(adhesion)的失衡，成为制约无缝合修复技术发展的关键瓶颈。

中国科学院上海硅酸盐研究所的研究团队在《Bioactive Materials》发表的研究中，创新性地从蚕丝蛋白(silk fibroin, SF)的β-折叠晶体结构中获取灵感。通过构建"刚柔并济"的双层结构：上层是高韧性的水凝胶基质层(Young's modulus≈60 kPa)，下层是含多巴胺仿生粘附层(adhesion strength≈18 kPa)，开发出能同步满足湿态粘附和动态力学要求的SF patch。该材料在37°C生理盐水中保持稳定粘附超过2周，可承受1000次循环拉伸而不脱粘，其性能参数显著优于临床常用的Tisseel^TM纤维蛋白胶。

关键技术包括：(1)通过甲醇退火调控SF的β-折叠结晶度；(2)氧化交联构建聚多巴胺(polydopamine, PDA)粘附界面；(3)离体猪胃肠爆破压力测试；(4)大鼠坐骨神经5mm缺损修复模型。

研究结果显示：

1. 材料特性优化：FTIR证实甲醇处理使SF的β-折叠含量从28%提升至45%，原子力显微镜显示双层结构间存在纳米级纤维互锁。

2. 力学性能测试：双层设计使断裂能达1200 J/m²，比单层高6倍；在模拟胃肠蠕动(频率1Hz)条件下，粘附强度保持率超90%。

3. 离体修复验证：猪胃穿孔模型显示SF patch可承受160 mmHg内压，显著高于临床要求的80 mmHg阈值。

4. 在体功能重建：大鼠坐骨神经修复8周后，SF patch组运动神经传导速度恢复至正常组的85%，优于缝合组(72%)。

该研究突破性地解决了组织粘附材料"鱼与熊掌不可兼得"的困境，其创新点在于：(1)仿生设计模拟天然组织"外韧内粘"的特性；(2)通过结晶度梯度调控实现力学-粘附协同增强；(3)首次实现神经外膜的无缝合修复。这种不需要专业外科缝合技术即可使用的贴片，为战创伤急救和微创手术提供了新工具，其设计理念也可拓展至心肌补片、硬脑膜修复等领域。值得注意的是，SF patch所有组分均获得FDA认证，具有显著的临床转化优势。未来通过结合生长因子缓释技术，有望进一步促进组织功能性再生。