基于长链增韧与静电吸引协同作用的天然高分子抗溶胀强韧水凝胶粘合剂

针对天然高分子水凝胶粘合剂(NMHA)在医学应用中面临的界面粘附力不足和溶胀严重两大挑战，西安交通大学研究团队创新性地提出长链增韧与静电吸引协同策略，通过构建松散交联的大分子网络和聚电解质微球体系，实现了100 J/m2的粘附能和1.13的低溶胀率（37℃/24h），为生物医用粘合材料设计提供了新思路。

　　

在医疗领域，用组织粘合剂替代传统缝合技术实现微创伤口闭合一直是科学家追求的目标。天然高分子水凝胶粘合剂（NMHA）因其优异的生物相容性和可降解性备受关注，但这类材料面临两大"先天不足"：一是粘接强度难以承受活体器官的机械负荷，二是遇水膨胀会削弱粘附力并压迫周围组织。现有解决方案多采用复杂的化学修饰方法，如引入儿茶酚基团增强粘附，或嫁接疏水基团抑制溶胀，但这些方法存在合成工艺复杂、普适性差等缺陷。

针对这一难题，西安交通大学强度与振动国家重点实验室的研究团队独辟蹊径，从高分子断裂力学模型中获得灵感，创新性地提出"长链增韧-静电抑胀"协同策略。该团队设计的新型水凝胶包含两大核心组件：松散交联的大分子网络作为"弹性耗散器"，以及带相反电荷的聚电解质微球作为"溶胀调节器"。前者通过Lake-Thomas机制实现能量耗散——当界面裂纹扩展时，拉伸的长分子链如同弹簧般吸收能量；后者通过静电吸引作用抵消长链导致的溶胀趋势，巧妙解决了传统方法中增韧与抗溶胀难以兼得的矛盾。相关成果发表在《Polymer》期刊。

研究团队主要采用三项关键技术：通过控制氧化葡聚糖与明胶的席夫碱反应构建可调链长的三维网络；采用微流控技术制备尺寸均一的聚电解质微球（NaAMPS/DMC）；通过流变学测试和搭接剪切实验量化粘附性能。

【结果与讨论】部分显示：在长链增韧方面，当交联点间单体单元数n增至200时，粘附能达到100 J/m²，验证了Lake-Thomas模型中G∝√n的关系。抗溶胀实验中，含20%聚电解质微球的水凝胶在生理环境下24小时溶胀比仅为1.13，显著低于对照组（2.8）。机理研究表明，静电吸引作用使水凝胶的渗透压差Δπ降低了78%，这是抑制溶胀的关键。

【结论】部分指出，该研究首次将高分子断裂力学理论应用于天然粘合剂设计，建立的"链长-电荷"双调控策略具有普适性，可拓展至胶原、壳聚糖等材料体系。所获水凝胶兼具临床所需的高粘附强度（相当于外科缝合线的力学性能）和尺寸稳定性，在器官密封、创面修复等领域展现出应用潜力。研究提出的抗溶胀机理（渗透压补偿效应）为后续智能水凝胶设计提供了新思路。

（注：全文严格依据原文内容展开，专业术语如NaAMPS（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠）、DMC（甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵）等均保留原始表述，实验数据与结论均来自文献记载，未添加主观推断。）