水凝胶到处都是。它们是一种爱水的聚合物，可以吸收和保留水，可以在日常消费品中找到，例如软隐形眼镜、一次性尿布、某些食品，甚至在农业应用中也是如此。它们在一些医学应用中也非常有用，因为它们具有高度的生物相容性以及最终降解和再吸收到人体中的能力。

这些特性使水凝胶能够模拟活体组织以进行组织替换或再生。其中最有用的应用之一是愈合伤口。水凝胶是理想的这一目的，他们的能力，水合物和形成一个潮湿和支持的环境。这有利于伤口愈合的过程，如血管的形成、坏死组织的破裂、免疫细胞的激活、活细胞和组织死亡的预防，甚至减轻疼痛。

天然水凝胶，特别是明胶-甲基丙烯酰(GelMA)水凝胶，由于其生物安全性和优异的生物相容性，被广泛应用于伤口愈合。但它们的使用受到其固有的不良力学性能的阻碍，例如有限的拉伸力、相对的脆性和不灵活性，以及它们无法附着在组织表面上。为了改善这些特性，我们尝试了不同的制备方法和成分。

在制备凝胶时，通过将明胶混合溶解在水中，制成明胶溶液。这导致明胶聚合物链在水中分散。然后，在溶液中加入一种称为光引发剂的化学物质，使聚合物链粘着，并使它们彼此粘合。暴露在紫外光下会激活光引发剂和聚合物链之间的交叉连接，形成一个网络。水分子进入这个网络，拉伸链并被锁在其中；这说明了水凝胶的吸收能力，也就是凝胶化或凝固发生的地方。

这种凝胶的性能可以通过在紫外线暴露前加入与聚合物链结合的化学物质来改变，或者可以通过改变紫外线参数来调整凝胶的性能。其中一些修改已经在以前的尝试中试验过，以改善GelMA的物理特性。

一种方法是在交联前向GelMA溶液中引入更多的化学物质；所得到的化学共轭水凝胶在组织粘附方面表现出轻微的改善。其他的尝试是通过增强柔性薄化学共轭的GelMA薄膜来增强GelMA。但同时提高凝胶的韧性、拉伸性和粘接强度三大力学性能仍然面临挑战。

来自Terasaki生物医学创新研究所(Tibi)的一个协作小组开发了改进GelMA水凝胶中所有这三种特性的方法，该方法具有可调的制造参数。

研究人员首先找到了一个在自然界中发现的例子，这是他们改善水凝胶粘着性的方法。海洋贻贝分泌强有力的线，用作附着物，并在岩石和其他不规则表面上拉绳。为了形成这些丝线，贻贝在酸性环境中产生粘附蛋白；当暴露在略含碱性的海水中时，这些蛋白质会发生化学变化，从而促进丝线的形成。

以相应的方式，Tibi团队添加了大量的多巴胺，一种类似于贻贝粘附蛋白的化学物质，加入到GelMA中，以提高其强度、拉伸力和粘附性能。他们还将混合物置于碱性条件下，以进一步提高GelMA的粘接强度。

结果表明，在凝胶液中加入大量多巴胺可使凝胶的拉伸度提高近6倍，强度提高3倍以上。其他实验表明，在交联前，多巴胺在碱性条件下，粘接强度可提高4倍，抗剪切力提高近7倍。

Hossein Montazarian博士说：“我们所做的实验对激活凝胶的韧性和粘附性的程序提供了有价值的见解。”

研究人员将继续对其他化学物质进行实验，以优化它们对GelMA力学性能的影响。这可以导致其他应用程序的改进，如皮肤附着的可穿戴设备或愈合和再生的内部植入物。

来源：健康谈古论今