对于如何提高胶黏剂在材料上的粘附力，最重要的方法就是让胶黏剂与被粘材料在界面之间形成化学交联，也就是说让胶粘剂上的功能基团与被粘材料表面的一些化学官能团（如羟基、羧基等）发生共价相互作用，形成共价交联来实现胶粘剂与被粘材料的稳定粘附。
然而，实际应用中不少材料表面并不存在可反应的化学官能团，为了实现胶粘剂对这类材料的有效粘接，技术策略之一就是利用“物理缠结及结构互锁”粘附理论。这期，《胶界》将重点介绍医用胶黏剂是如何通过“物理缠结及机械互锁”粘附理论，实现对生物组织上的有效粘附。
机械互锁

机械互锁是指胶粘剂材料通过渗入基底表面，与基底材料表面的微观空洞等不规则处发生机械互锁，从而形成粘合。

机械互锁可通过几何形状连接两个附着体，既不需要共价键也不需要非共价键。机械互锁可大致分为两类：一种是胶粘剂与封闭孔隙粘附体之间的钥匙⁃锁拓扑结构（图1ａ），另一种是胶粘剂与开放孔隙粘附体之间的螺纹孔拓扑结构（图1ｂ）

图1 宏观拓扑粘附结构: (a)胶粘剂与封闭孔隙粘附体之间的钥匙⁃锁拓扑结构；(b)胶粘剂与开放孔粘附体之间的螺纹孔拓扑结构

基于此，有研究者报道了一种基于寄生蠕虫的仿生微针组织胶粘剂(ＭＮ) (图2)。

图2 仿生微针胶粘剂制备及示意图: (a)水响应形状改变微针穿刺组织后机械互锁示意图；(b)双层ＭＮ阵列制备示意图

    这种仿生组织胶粘剂有一组锥形微针，其顶端可膨胀，可以与组织进行机械互锁。微针的可膨胀外层由聚苯乙烯⁃聚丙烯酸(PS-b-PAA)嵌段共聚物组成，内层由聚苯乙烯(PS)组成，具有很好的机械强度。将贴片贴到组织上时，贴片上的微针会渗透到组织中。微针外层的嵌段共聚物与水接触时发生膨胀，导致局部组织发生变形，并使得微针与组织之间发生机械互锁。该微针胶粘剂对皮肤移植物和肠道组织的粘附强度大于缝合针，具有很大的应用潜力。

物理纠缠

从分子的角度来看，组织可以被认为是由大分子组成的微孔或纳米多孔聚合物网络。因此，应用于组织表面的胶粘剂前驱体可以通过孔隙渗透到组织基体中，发生物理缠结和机械互锁，形成互穿网络。

在拓扑粘附中，聚合物通过交联和拓扑纠缠与附着底物的两个网络在原位形成网络，在分子尺度上将底物拼接在一起。这种类型的粘附剂可用于粘附有或没有官能团的表面，通常在湿材料（如水凝胶和湿组织）之间提供良好的附着力。

图3 (a)用于各种湿表面的坚韧胶粘剂示意图; (b)拓扑粘附过程示意图及壳聚糖缝合水凝胶与各种组织的粘附能

例如，TAs是一种基于互锁实现强韧粘附的胶粘剂(图3a，其可通过两种效应的协同作用实现其在水下的高粘附性能：(1)粘合剂与基材之间的连锁相互作用；(2)在基底表面的滞回耗散能量的能力。一旦湿材料被拓扑粘合，它们就必须在破坏缝合网或粘合材料网的情况下才能实现脱胶。

为了更方便地实现脱胶，还可以利用环境等的变化制备响应型胶黏剂剂，例如具有pH响应特性的壳聚糖基拓扑胶粘剂(图3b)。所选聚合物在特定的pH范围内溶解，而聚合物网络在不同的pH范围内重组。通过改变pH值，聚合物可以形成一个网络，并与粘附的湿材料的聚合物网络发生拓扑纠缠，将它们拼接在一起，实现了强大结合。

但是这种粘附方式受聚合物分子量、浓度、亲疏水性能的影响，且只适用于具有一定粘性的聚合物前驱体溶液，对已经成型的组织胶粘剂不适用。胶粘剂与基底形成有效附着力时往往需要穿透目标基材，与目标基材形成互锁， 因此对不同基材的附着力差异较大，剥离时容易产生残留。

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