受蜘蛛捕捉猎物的黏性物质启发,麻省理工(MIT)工程师设计了一种双面胶可以迅速将伤口密封,在动物组织测试中已证实密封效果,由于手术缝合线并非能在所有组织中很好工作,在某些患者身上甚至可能引起并发症,团队希望最终这种胶带可以代替缝合线在手术中使用。
在刊载于《自然》期刊的最新研究中,研究人员详细描述了新型胶带的原理及作用方式,资深作者、MIT 机械工程、土木与环境工程副教授 Xuanhe Zhao 指出,全球每年有超过 2.3 亿例大型外科手术,其中许多都需要缝合来关闭伤口,但缝合实际上会在组织上造成压力,并可能导致感染、疼痛和疤痕。
“我们提出了一种根本上不同的组织密封方法。”
因为组织表面的水会干扰黏附,紧密密封两侧组织被认为是非常困难的,现有的组织胶会透过水将黏合剂分子扩散,将两个组织表面黏合在一起,但过程往往得花上好几分钟甚至更长时间。
为了创造可以将两个潮湿的表面快速黏合的双面胶,团队参考了蜘蛛在潮湿条件下捕捉猎物的黏性物质,这种“蜘蛛胶”含有带电荷的多糖,几乎可以瞬间吸收昆虫表面水分,创造出胶可以黏附的干燥区域。
研究人员希望使用工程黏合剂模仿这点,基于此,他们使用了尿布中常见的聚丙烯酸(polyacrylic acid),胶带黏贴后吸收水分,使聚丙烯酸迅速与两个组织形成弱氢键,将胶带和组织暂时固定在适当的位置,接着研究人员嵌入聚丙烯酸中的 NHS 酯(NHS esters)便能与组织中的蛋白形成更强的共价键。
团队也会按需求加入明胶或壳聚糖(chitosan),让黏合剂能够长时间保持形状,坚韧到足以在人体内使用,同时也能控制其在体内分解的速度。
在结合两个创新理念后,团队成功打造出能够快速黏附组织的双面胶,即使是在湿软表面上也能保持良好的黏附力和机械性质数天,而不会引起过多的炎症反应。
为了探索这种新型双面胶的可能应用,研究人员在几种不同类型的猪组织(皮肤、小肠、胃和肝脏)中都进行了测试,证实确实能够迅速修复器官损害,甚至在脆弱的肺和气管上的测试也是相同。
缝合柔软、易碎组织非常困难,但透过新型双面胶带,医生将可以在 5 秒钟内轻松密封它们,这对外科医生关闭、愈合伤口的能力产生重大影响。
胶带同样也可以用来密封对胃肠道的损伤,这对于预防手术后的渗漏非常有用,这种泄漏可能导致败血症和其他潜在的致命并发症。
除了关闭伤口,胶带也可用来协助植入式医疗器械安装于组织上。团队正在与罗氏实验室合作,探索双面胶带潜在的应用,其中包含将聚氨酯贴片牢固黏在活老鼠心脏上,通常这种过程非常复杂,需要有经验的外科医生执行,但是在这项实验中,团队只需用胶带将贴片黏上去并按压数秒,就能简单将其放置几天。
除了聚氨酯心脏贴片,研究人员发现这种胶带也能够将硅橡胶、钛和水凝胶之类的材料黏附到组织上,在不需穿刺组织就能固定装置下,为装置植入提供一种更优雅、更直接、更通用的方式。
- Double-sided tape for tissues could replace surgical sutures
(首图来源:MIT)