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100%固含UV医用胶,可水下使用,粘接强度比商用CA胶高4倍

2022/3/13 15:16:25      点击:
    手术后,医生常用缝线对伤口进行缝合,这个过程不仅繁琐耗时,还容易给伤者留下蜈蚣状疤痕。   
随着科技的日益进步,医疗手段越来越发达,科学家们陆续研究出医用胶黏剂,用于愈合伤口,以代替耗时更长的针线缝合。
2020年,江南大学的研发团队在《生物大分子》发表了“Photocurable Hyperbranched Polymer Medical Glue for Water-Resistant Bonding”,介绍了无溶剂光固化医用胶黏剂。
这款医用胶黏剂的化学结构与制备方式如下所示:


首先,使用双官能度的丙烯酸酯单体(AA')与三官能度的硫醇单体(B3)合成端部带硫醇反应基团的超支化聚合物HBPTE;如果AA'为丙烯酸酯单体2-(acryloyloxy)ethyl methacrylate,则得到HBPTE1;如果AA'为丙烯酸酯单体3-(acryloyloxy)-2-hydroxypropyl methacrylate,则得到聚合物HBPTE2。


接着,将HBPTE与带碳碳双键的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、光引发剂混合均匀,即可得到医用UV胶,只需要把医用UV胶涂覆在伤口上,并照射紫外灯,便可“封锁”伤口,立即止血。


通过超支化的技术路径,所制备的医用UV胶粘度较低,从而避免了有机溶剂的使用,达到了100%固含的目标。


此外,该医用UV胶可以通过改变PEGDMA与HBPTE的比例 (即-C=C/-SH)来调整胶黏剂的粘度、凝胶时间、玻璃化转变温度、力学性能、亲疏水性以及对生物皮肤的粘接性能。



(Left): Lap shear strength of the HBPTE glue to dry porcine skin,"porcine skin-adhesive-glass" sandwich-like specimen.  (Right): Underwater adhesive strength of HBPTE1-0.2, HBPTE2-0.2, fibrin glue, and CA glue on porcine skin before and after 2 weeks of immersion in PBS.


从左图可以看见,无论是HBPTE1还是HBPET2制备的医用UV胶,随着PEGDMA与HBPTE的比例提高,UV胶对猪皮的粘接强度皆发生下降


研究者认为这与以下原因有关:

1)PEGDMA含量的增加(即-C=C基团的增多),让UV胶在光固化后的交联密度增加,引起猪皮-胶黏剂界面间的应力集中,从而导致了猪皮与胶黏剂之间的剥落。

2)HBPET的-SH基团可以与猪皮表面形成氢键以及二硫桥键,加强与猪皮的粘接性能。


HBPET2制备的UV胶比HBPTE1拥有较高的粘接性能,与各自使用的丙烯酸酯单体有关,前者的丙烯酸酯单体中带有-OH,可以加强与皮肤的粘接力


上述右图显示的是在水中粘接固化后强度以及在固化后继续浸泡2周以后的粘接强度对比。图中可见,HBPET制备的医用胶在水下操作粘接时,要比商业化的纤维蛋白胶和氰基丙烯酸酯粘拥有更高的水下粘接力。另外,前者还有较高的耐水性性能,即使在浸泡2周后,HBPET医用UV胶依旧有着较高的粘接强度,比后者两款商业化胶水的粘接强度要高好几倍!


观察仔细的读者可能会留意到,右图中的HBPET2的粘接强度却比HBPET1的要低,然而左图的实验中,HBPET2明明要比HBPET1要高的,这究竟是怎么回事?


这得要了解整个粘接过程以及胶水结构:左图的粘接操作是在大气环境中进行,右图的粘接操作则是全程在水下进行;而HBPET2的化学结构比HBPET1要多了-OH基团,导致HBPET2的亲水性要比HBPET1要高,因此在水中操作粘接时,HBPET2所制备的UV胶与猪皮的界面之间会残留一些水分子,形成一层水分子层,类似于润滑层的效果,从而降低了HBPET2在水中粘接时的粘接性能。


总的来说,这款医用UV胶比商用CA胶有着更高的粘接能力和持久的耐水性能,在医用胶领域有着潜在的发展前景。


全文链接:

https://dx.doi.org/10.1021/acs.biomac.0c01302


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