新型粘合剂可按需生效 甚至可在水下切换状态

新型粘合剂可按需生效甚至可在水下切换状态设计粘合剂意味着要平衡两种相互冲突的特性--粘合的好坏和分离的难易程度。显然，提高其中一项通常会牺牲另一项。理想的胶水应该是在使用过程中保持牢固，但在出现错误或产品不再有用时又能按需释放。现在，日本国立材料科学研究所（NIMS）的科学家们开发出了一种可以做到这一点的粘合剂。其中的关键成分是咖啡酸，它可以在不同波长的光线下形成和破坏交联。在这种情况下，研究小组制作了一种含有咖啡酸的聚合物，将其涂在表面上，然后将其暴露在波长为365纳米（nm）的紫外线下。这样就能将其固化成一层坚固的薄膜，在室温下保持牢固，剪切粘附强度高达7.2兆帕。当不再需要这种粘附力时，可将薄膜暴露在254纳米紫外线下，紫外线会破坏交联，使其恢复原状。这样，它就不会在表面上留下任何残留物，也不会失去任何粘合特性，基本上可以像新的一样重复使用。研究人员对这种粘合剂进行了一系列测试，包括反复弯曲样品和举起40千克（88磅）重物。在其他测试中，他们用这种粘合剂修复破裂的硅管，然后用高压水冲洗硅管，没有发现任何泄漏。在后续测试中，研究小组证明它甚至可以在水下使用。在粘合剂中嵌入了磁性纳米粒子，当施加磁场时，磁性纳米粒子就会升温，从而将粘合剂与基底融为一体。研究小组说，这种材料的应用范围很广，可以让产品在使用寿命结束后更容易地拆卸成部件，并转化成新产品。这项研究发表在《先进功能材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1374539.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1374539.htm

受贻贝启发的粘合剂可在植入物和骨骼之间建立粘合关系

受贻贝启发的粘合剂可在植入物和骨骼之间建立粘合关系3D打印机将多巴胺基粘合剂应用到髋关节的三维钛轴上图/弗劳恩霍夫CMI人工髋关节等植入物的问题之一是，随着时间的推移，钛植入物会从与其粘合的骨头上脱落。这时就需要进行第二次手术来重新连接或更换植入物。多年来，不同的研究小组一直在寻找避免这种情况发生的方法。由贻贝启发的胶水是最新也是最有趣的例子之一。这种生物相容性物质由德国弗劳恩霍夫研究小组的科学家开发，可以直接用三维打印技术打印到钛植入物的曲面上，确保植入物/骨界面的涂层均匀。它主要由含有多巴胺的合成聚合物组成。多巴胺分子是二羟基苯丙氨酸的化学类似物（即具有相似的结构），而二羟基苯丙氨酸是贻贝产生的关键氨基酸，是其天然粘合剂的一部分。这种胶水还含有矿物质颗粒、蛋白质和信号分子等添加剂，可使患者的身体将其识别为类似骨骼的物质。因此，邻近骨组织的细胞很容易长入其中，据说这样就能确保牢固持久的粘合。此外，多巴胺还具有抗菌作用，可最大限度地降低植入部位的感染几率。最后，这种胶水还可以改性，只有在紫外线照射下才会硬化。这意味着外科医生可以慢慢地对准植入物，然后在植入物完全就位后用紫外线灯将其锁定。今后，还可以打开或关闭粘合效果，以便在必要时重新定位种植体。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402677.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402677.htm

贻贝基胶水可以帮助干细胞固定在所需要的治疗部位

贻贝基胶水可以帮助干细胞固定在所需要的治疗部位这主要是因为它产生了一种相当黏的胶水，有助于在水下将其拴在岩石上，甚至在水流和潮汐流动中。受贻贝启发的材料已经被研究为一种创建无疤痕的皮肤移植的方法，以及一种可以在60秒内止血的外科胶水。这种胶水即使在水下也有独特的粘附能力，这使它成为可用于充满液体的人体内部的物质的完美灵感来源。例如，韩国三个不同机构的研究人员从贻贝使用的粘性蛋白和透明质酸的组合中创造了一种粘稠的液体，后者是一种天然物质，可以缓冲和润滑动物的关节--它也被研究为治愈软骨的一种方法。由于酸和蛋白质的电荷相反，它们以静电方式结合在一起，产生的凝胶不会与周围的体液混合，这意味着它不会溶解掉。然后，科学家将干细胞浸泡在凝胶中，并将该混合物放入兔子的受损软骨中。凝胶成功地能够将干细胞保持在适当的位置，使它们能够帮助重建软骨。实际上，它就像一个支架，在干细胞工作的同时支持它们，而不需要实际插入任何种类的刚性材料来达到同样的目的。由于该程序是微创的，研究人员认为，它可能是未来治疗受损软骨的一大福音。来自浦项科技大学的首席研究员HyungJoonCha说："干细胞的治疗效果可以通过使用贻贝粘附蛋白（一种在韩国开发的原创生物材料）得到显著增强。由于液体生物粘附剂可以配制成注射剂，当通过关节镜（类似于内窥镜）用于干细胞移植时，它有可能成为受损软骨的有效治疗方法。"这种胶水/酸/干细胞配方已被命名为CartiFix，现在正由一家名为NatureGluetech的公司进一步开发。该研究已发表在《化学工程杂志》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358001.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358001.htm

聪明的尼安德特人将胶水作为史前工具包的一部分

聪明的尼安德特人将胶水作为史前工具包的一部分一组研究人员在柏林史前和早期历史博物馆检查了自20世纪60年代以来就被包裹起来并基本被遗忘的石器，然后得出了这一发现。由于这些石器保存完好，研究人员在对它们进行检查时发现了沥青的痕迹。沥青是一种用于制作沥青的粘性物质。它可以从原油中提取，但也可以在地下自然生成。沥青残留物的位置使研究人员相信，这种物质形成了一个把手，使工具更容易握住和使用。纽约大学人类起源研究中心副教授拉杜-约维塔（RaduIovita）说："这些工具显示出两种微观磨损：一种是锋利边缘上的典型抛光，一般是由于加工其他材料造成的。另一种是分布在推测的手持部分各处的明亮抛光，但其他地方没有，我们将其解释为工具在握柄内移动时赭石磨蚀的结果"。伊奥维塔是详细描述这一发现的研究报告的合著者，该报告已发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上。为了更容易使用沥青，研究人员还发现，这些工具的创造者必须将沥青与赭石（一种天然颜料）混合在一起。他们通过自己调制的沥青/赭石混合物，找到了赭石和沥青的准确混合比例，这种混合比例恰好可以制作出可以粘住石头碎片而不粘住人的手柄。换句话说，它们是完美的把手。研究人员说，尼安德特人得出这种混合物并将其应用于工具，这表明尼安德特人具有高水平的认知推理能力。伊奥维塔说："这些保存完好的工具展示了一种与非洲早期现代人制造的工具大体相似的技术解决方案，但确切的配方反映了尼安德特人的'自旋'，即为手持工具制作手柄。"聪明，还是不聪明？研究人员在论文中称，"多组分工具中使用的古代粘合剂可能是我们研究早期人类文化进化和认知过程的最佳物证之一"，但我们几年前曾报道过一项研究，该研究对尼安德特人使用粘合剂的情况提出了一些质疑。这项由纽约大学和图宾根大学的研究人员进行的研究指出，尼安德特人从树上获取焦油相对容易，他们在一些工具上使用了焦油。这与早先的观点形成了鲜明对比，早先的观点认为获取树焦油是一个复杂的过程，涉及到更高的推理能力。由同一研究机构的一些研究人员进行的新研究似乎有点反其道而行之，认为找到合适的赭石/沥青混合物确实表明我们的远古表亲具有一定程度的智慧。这项研究的主要作者、图宾根大学的帕特里克-施密特（PatrickSchmidt）说："复合粘合剂被认为是现代认知过程的最初表现形式之一，而这种认知过程至今仍然活跃。"施密特补充说，无论这一发现对尼安德特人有何启示，它都有助于研究人员继续将我们的物种与他们的物种进行比较。他总结说："我们的研究表明，非洲的早期智人和欧洲的尼安德特人有着相似的思维模式。他们的粘合技术对于我们理解人类进化具有同样的意义。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420085.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420085.htm

哈佛大学开发的水凝胶粘合方法有望带来新型生物材料解决方案

哈佛大学开发的水凝胶粘合方法有望带来新型生物材料解决方案这幅插图重点展示了两种水凝胶（蓝色显示）如何通过壳聚糖薄膜（橙色显示）以不同方式结合在一起。形成的粘结异常牢固，可以抵抗高张力。资料来源：PeterAllen、RyanAllen和JamesC.Weaver。在临床实践中，水凝胶已被用于抗病原体的治疗性给药，眼科中的眼内镜、隐形眼镜和角膜假体，组织工程和再生中的骨水泥、伤口敷料、凝血绷带和三维支架。然而，水凝胶聚合物之间的快速强力粘附仍是一项尚未解决的需求，因为传统方法往往会在粘附时间超过预期后导致粘附力减弱，而且依赖于复杂的程序。实现聚合物的快速粘合可以带来许多新的应用，例如，可以对水凝胶的硬度进行微调，使其更好地贴合特定组织；按需封装用于医疗诊断的柔性电子器件；或为身体难以包扎的部位制作自粘性组织包裹。现在，哈佛大学维斯生物启发工程研究所（WyssInstituteforBiologicallyInspiredEngineering）和哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院（JohnA.PaulsonSchoolofEngineeringandAppliedSciences，SEAS）的科学家们利用壳聚糖薄膜创造出了一种简单而多用途的方法，可以立即有效地粘合由相同或不同类型的水凝胶和其他聚合物材料制成的层。他们成功地将新方法应用于几个尚未解决的医学问题，包括组织的局部保护性冷却、血管损伤的密封，以及防止本不应相互粘连的身体内部表面发生不必要的"手术粘连"。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。"壳聚糖薄膜具有在体内和体外有效组装、微调和保护水凝胶的能力，为创造再生医学和外科护理设备提供了许多新机会，"该研究的资深作者、Wyss研究所创始核心成员DavidMooney博士说，"壳聚糖薄膜的应用速度快、简便、有效，使其成为用途广泛的工具和组件，可在手术过程中通常很短的时间内完成体内组装过程，并可在制造设施中简单地制造复杂的生物材料结构。"穆尼还是SEAS的罗伯特-平卡斯家族生物工程学教授。工程学的新纽带过去几年来，穆尼在威斯研究所和SEAS的团队开发出了"强韧粘合剂"，这是一系列再生医学方法，使用可拉伸水凝胶，通过强力粘附在湿组织表面并符合组织的机械特性，促进伤口愈合和组织再生。"精确配制的韧性粘合剂和非粘性水凝胶为我们和其他研究人员提供了改善病人护理的新机会。但是，为了将它们的功能更进一步甚至更多步，我们希望能够将两种或更多水凝胶组合成更复杂的组合体，并以简单的过程快速、安全地实现这一目标，"共同第一作者、前Wyss研究助理BenjaminFreedman博士说，他与穆尼一起带头开发了几种强韧粘合剂。现有的即时粘合水凝胶或弹性体的方法有明显的缺点，因为它们依赖于有毒胶水、表面化学功能化或其他复杂的程序。通过生物材料筛选方法，研究小组确定了完全由壳聚糖制成的桥接薄膜。壳聚糖是一种含糖聚合物，可以很容易地从贝类的甲壳素外壳中提取出来，目前已被广泛应用于商业领域。例如，它目前被用于处理种子和农业生物杀虫剂、防止酿酒过程中的腐败、自愈合涂料以及医疗伤口管理。研究小组发现，壳聚糖薄膜通过与传统水凝胶粘合方法不同的化学和物理相互作用，实现了水凝胶快速而牢固的粘合。壳聚糖的糖链不是通过单个原子之间的电子共享（共价键）来产生新的化学键，而是通过静电作用和氢键（非共价键）迅速吸收水凝胶层之间的水分，并与水凝胶的聚合物支架缠结在一起，形成多个键。这使得水凝胶之间的粘合力大大超过传统的水凝胶粘合方法。首次应用为了证明他们的新方法具有广泛的潜力，研究人员把重点放在了非常不同的医疗挑战上。他们的研究表明，用壳聚糖薄膜改性的韧性粘合剂现在可以很容易地缠绕在受伤手指等圆柱形物体上，作为自粘绷带提供更好的伤口护理。由于壳聚糖键合水凝胶的含水量高，因此应用这种水凝胶还可以局部冷却下层人体皮肤，这在未来可能会成为烧伤治疗的替代疗法。研究人员还将表面经过壳聚糖薄膜修饰的水凝胶（坚韧的凝胶）无缝地包裹在肠道、肌腱和周围神经组织上，而不与组织本身粘合。"这种方法为在手术过程中有效隔离组织提供了可能，否则会形成'纤维粘连'，有时会造成破坏性后果。"Freedman解释说："预防纤维粘连是一项尚未满足的临床需求，而商业技术还无法充分满足这一需求。"在另一项应用中，他们在一种坚韧的凝胶上铺设了一层薄薄的壳聚糖薄膜，这种凝胶已经作为伤口密封剂置于受伤的猪主动脉上，以增加绷带的整体强度，因为绷带暴露在血管中血液搏动的周期性机械力之下。"戴夫-穆尼研究小组的这项研究为生物医学水凝胶设备的工程设计增添了一个新的维度，它可以为再生医学和外科医学中尚未解决的紧迫问题提供优雅的解决方案，让许多病人从中受益，"Wyss创始董事、医学博士唐纳德-英格伯（DonaldIngber）说，他同时也是哈佛医学院和波士顿儿童医院血管生物学朱达-福克曼（JudahFolkman）教授和SEAS生物启发工程汉斯约格-威斯（HansjörgWyss）教授。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424432.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424432.htm

受蜘蛛启发的新型表面材料可以在水下数月依然保持干燥

受蜘蛛启发的新型表面材料可以在水下数月依然保持干燥在自然界行之有效的东西往往也能为人类所用。问题在于如何利用现有工具创造出所需的生物启发材料，而这有时说起来容易做起来难。现在，由哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院（SEAS）领导的研究人员已经做到了这一点，他们从一种水栖蜘蛛身上获得灵感，开发出了一种超疏水的金属表面；也就是说，它能拒水，并能在水下保持干燥数月之久。这项研究的共同作者之一乔安娜-艾曾伯格（JoannaAizenberg）说："生物启发材料研究是一个极其令人兴奋的领域，它不断将大自然中进化出的优雅解决方案带入人造材料领域，使我们能够推出具有前所未有特性的新材料。这项研究体现了揭示这些原理如何能够开发出在水下保持超疏水性的表面"。Argyronetaaquatica，又称潜水钟蛛，是目前已知的唯一一种几乎完全生活在水下的蜘蛛。数以百万计的粗糙憎水绒毛能捕获身体周围的空气，形成一个氧气库，并在蜘蛛的肺部和水之间形成一道屏障。蜘蛛毛发截留的薄薄一层空气被称为"底盘"（plastron）。几十年来，研究人员已经知道，从理论上讲，创造稳定的水下底盘是可能的。然而，在实践中，制造潜水钟蜘蛛那样的粗糙表面会使表面的机械强度降低，容易受到温度和压力微小变化的影响。而且在以前的实验中，表面只能保持干燥数小时。研究人员知道，润湿性对分子水平的表面特性非常敏感，并受到表面形貌的强烈影响。因此，他们创造了一种亲气钛合金表面--即能吸引和排出空气或气体气泡的表面--并利用电化学氧化形成氧化层，同时对形成的氧化物进行化学溶解，从而产生纳米级的粗糙度。为了测试这种表面的稳定性，研究人员对其进行了弯曲、扭转、冷热水喷射以及沙子和钢材磨蚀，结果发现它仍然具有亲气性。它在水中连续浸泡了208多天（在研究报告发表时，该表面仍浸泡在水中，没有任何降解迹象），并在装满血液的培养皿中浸泡了数百次。该表面能够大大减少大肠杆菌和藤壶的生长，并能完全防止贻贝附着。该研究的第一作者亚历山大-特斯勒（AlexanderTesler）说："我们使用了一种理论家20年前提出的表征方法，证明了我们的表面是稳定的，这意味着我们不仅制造出了一种新型的极具排斥性、极其耐用的超疏水性表面，而且我们还可以用不同的材料再做一次。"研究人员说，这种表面有多种用途。它可用于生物医学设备，以减少术后感染，或防止水下管道和传感器的腐蚀。它还可以与SEAS团队10多年前开发的另一种生物启发材料一起使用，这种材料被称为滑液注入多孔表面技术（SLIPS）。这项研究的合著者斯特凡-科勒（StefanKolle）说："这种系统的稳定性、简易性和可扩展性使其在现实世界的应用中非常有价值。通过这里展示的表征方法，我们展示了一个简单的工具包，它可以让你优化超疏水表面以达到稳定性，这极大地改变了你的应用空间"。这项研究发表在《自然-材料》（NatureMaterials）杂志上，下面两段由SEAS制作的视频展示了这种新型表面如何排斥水和血液。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388171.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388171.htm