難粘材料，如何利用“物理纏結、機械互鎖”粘附機理提高粘接力？
然而，實際應用中不少材料表面并不存在可反應的化學官能團，為了實現(xiàn)膠粘劑對這類材料的有效粘接，技術策略之一就是利用“物理纏結及結構互鎖”粘附理論。這期，《膠界》將重點介紹醫(yī)用膠黏劑是如何通過“物理纏結及機械互鎖”粘附理論，實現(xiàn)對生物組織上的有效粘附。
機械互鎖
機械互鎖是指膠粘劑材料通過滲入基底表面，與基底材料表面的微觀空洞等不規(guī)則處發(fā)生機械互鎖，從而形成粘合。
機械互鎖可通過幾何形狀連接兩個附著體，既不需要共價鍵也不需要非共價鍵。機械互鎖可大致分為兩類：一種是膠粘劑與封閉孔隙粘附體之間的鑰匙?鎖拓撲結構（圖1ａ），另一種是膠粘劑與開放孔隙粘附體之間的螺紋孔拓撲結構（圖1ｂ）
基于此，有研究者報道了一種基于寄生蠕蟲的仿生微針組織膠粘劑(ＭＮ) (圖2)。
圖2 仿生微針膠粘劑制備及示意圖: (a)水響應形狀改變微針穿刺組織后機械互鎖示意圖；(b)雙層ＭＮ陣列制備示意圖
這種仿生組織膠粘劑有一組錐形微針，其頂端可膨脹，可以與組織進行機械互鎖。微針的可膨脹外層由聚苯乙烯?聚丙烯酸(PS-b-PAA)嵌段共聚物組成，內(nèi)層由聚苯乙烯(PS)組成，具有很好的機械強度。將貼片貼到組織上時，貼片上的微針會滲透到組織中。微針外層的嵌段共聚物與水接觸時發(fā)生膨脹，導致局部組織發(fā)生變形，并使得微針與組織之間發(fā)生機械互鎖。該微針膠粘劑對皮膚移植物和腸道組織的粘附強度大于縫合針，具有很大的應用潛力。
物理糾纏
從分子的角度來看，組織可以被認為是由大分子組成的微孔或納米多孔聚合物網(wǎng)絡。因此，應用于組織表面的膠粘劑前驅(qū)體可以通過孔隙滲透到組織基體中，發(fā)生物理纏結和機械互鎖，形成互穿網(wǎng)絡。
在拓撲粘附中，聚合物通過交聯(lián)和拓撲糾纏與附著底物的兩個網(wǎng)絡在原位形成網(wǎng)絡，在分子尺度上將底物拼接在一起。這種類型的粘附劑可用于粘附有或沒有官能團的表面，通常在濕材料（如水凝膠和濕組織）之間提供良好的附著力。
圖3 (a)用于各種濕表面的堅韌膠粘劑示意圖; (b)拓撲粘附過程示意圖及殼聚糖縫合水凝膠與各種組織的粘附能
例如，TAs是一種基于互鎖實現(xiàn)強韌粘附的膠粘劑(圖3a，其可通過兩種效應的協(xié)同作用實現(xiàn)其在水下的高粘附性能：(1)粘合劑與基材之間的連鎖相互作用；(2)在基底表面的滯回耗散能量的能力。一旦濕材料被拓撲粘合，它們就必須在破壞縫合網(wǎng)或粘合材料網(wǎng)的情況下才能實現(xiàn)脫膠。
為了更方便地實現(xiàn)脫膠，還可以利用環(huán)境等的變化制備響應型膠黏劑劑，例如具有pH響應特性的殼聚糖基拓撲膠粘劑(圖3b)。所選聚合物在特定的pH范圍內(nèi)溶解，而聚合物網(wǎng)絡在不同的pH范圍內(nèi)重組。通過改變pH值，聚合物可以形成一個網(wǎng)絡，并與粘附的濕材料的聚合物網(wǎng)絡發(fā)生拓撲糾纏，將它們拼接在一起，實現(xiàn)了強大結合。
但是這種粘附方式受聚合物分子量、濃度、親疏水性能的影響，且只適用于具有一定粘性的聚合物前驅(qū)體溶液，對已經(jīng)成型的組織膠粘劑不適用。膠粘劑與基底形成有效附著力時往往需要穿透目標基材，與目標基材形成互鎖， 因此對不同基材的附著力差異較大，剝離時容易產(chǎn)生殘留。
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