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甲基丙烯酰化多巴胺(DMA)增强组织粘附性表征


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甲基丙烯酰化多巴胺(Dopamine Methacrylamide,DMA)是多巴胺(DA)经甲基丙烯酰化修饰后的功能单体,核心保留了多巴胺分子中能实现强组织粘附的邻苯二酚基团,同时引入可参与光交联反应的甲基丙烯酰基团,成为生物医用材料领域的“粘附利器”。其最突出的性能之一便是组织粘附性——依赖于邻苯二酚与组织表面的多重非共价作用(如氢键、π-π堆积等),使材料能紧密贴合生物组织,即便在湿润的生理环境中,也能实现与组织的牢固结合。这种强粘附性在生物医学场景中至关重要:无论是组织修复、药物递送还是植入物固定,都需要材料与组织紧密贴合,避免移位或脱落,进而减少炎症反应、提升治疗效果,解决了传统材料 “易滑脱、难贴合” 的核心痛点





案例一



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标题:Hydrogel-guided p-LOX nanodrug delivery modulates metabolic microenvironment for cartilage repair in osteoarthritis

研究方法:

概念设计:利用DMA赋予水凝胶不对称粘附特性。在光交联前,DMA的邻苯二酚基团可自由与组织结合(溶胶-粘附过程);光交联后,聚合物网络固定,邻苯二酚运动受限,另一面呈非粘附性(凝胶-非粘附过程)。

量化测试:通过剥离或拉伸实验,直接测量水凝胶与组织模型之间的粘附应力。

研究结果:

光交联前(溶胶-粘附过程):含DMA的HG水凝胶粘附强度(~22.4 kPa)显著高于不含DMA的HAMA水凝胶(~5.1 kPa)。进一步负载p-LOX纳米药物后,HG-p-LOX水凝胶的粘附强度高达~40.9 kPa,甚至超过了商业纤维蛋白胶(~20 kPa)。

光交联后(凝胶-非粘附过程):所有样品几乎无粘附力,验证了粘附的可控开关特性。

核心结论:DMA的引入使水凝胶获得了强大且可控的组织粘附力,确保其在关节腔内能稳定附着于软骨表面,实现长效药物递送。

DOI:10.1016/j.biomaterials.2025.123806





案例二



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标题:Dopamine-Based High-Transparent Hydrogel as Bioadhesive for Sutureless Ocular Tissue Repair

研究方法:将猪皮贴附于载玻片以模拟生物组织表面,随后将Gel/DMA预凝胶溶液涂覆于界面处,并在可见光照射下进行原位光交联。利用万能试验机对形成的粘合界面进行拉伸测试,并以临床常用的外科密封剂Evicel作为对照。

研究结果:Gel/DMA5水凝胶展现出卓越的粘附强度,其剪切强度达到120±32 kPa,拉伸模量为8.06±2.4MPa,其剪切强度约为对照品Evicel的7倍。

核心结论:DMA分子中的邻苯二酚基团能够与组织表面及GelMA网络之间形成丰富的动态非共价相互作用,包括氢键、π–π堆积、静电及疏水作用。这些作用共同构成了动态交联点,提升界面黏附力。

DOI:10.1002/adfm.202300707

 




案例三



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标题:PDA-BPs integrated mussel-inspired multifunctional hydrogel coating on PPENK implants for anti-tumor therapy, antibacterial infection and bone regeneration

研究方法:

90°剥离测试:采用90°剥离测试仪,定量测量不同水凝胶涂层从PPENK基底上剥离时所需的力与位移关系。基于力-位移曲线,计算单位面积涂层从基底剥离所需的能量(剥离能,单位:mJ/m²),以量化粘附性能。

胶带剥离定性验证实验:将水凝胶预聚液涂覆于玻璃片表面,光固化后,使用3M胶带进行粘贴并快速剥离,通过涂层被胶带带走的面积来直观评估其黏附牢固程度。

研究结果:

90°剥离测试:不含DMA的GelMA涂层在剥离过程中仅需极小的力(曲线几乎平直),表明其粘附性较差。所有含有DMA的样品(GD/PPENK, GD@BP/PPENK, GD@pBP/PPENK)的力-位移曲线均显示剥离力显著且持续增加,证明DMA的引入极大地增强了涂层与基底之间的界面结合强度。GD@pBP/PPENK涂层的剥离能最高,达到约135.5 mJ/m²。所有含DMA的涂层其剥离能均远高于不含DMA的GelMA涂层,定量证实了DMA是提升粘附性的关键成分,且pBP纳米颗粒的加入未对粘附性产生负面影响。

胶带剥离定性验证实验:不含DMA的GelMA水凝胶涂层被胶带大面积粘走,表明其与基底结合不牢。而所有含有DMA的水凝胶涂层在胶带剥离后几乎完整保留在玻璃表面,直观、定性地证明了DMA能赋予水凝胶卓越的、贻贝启发式的强粘附特性。

DOI:10.1016/j.bioactmat.2023.04.020

 




案例四



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标题:Molecular Design of a Naturally Derived Hemostatic Sealant with Prolonged Antimicrobial Activity for Repairing Elastic Organ Injuries

研究方法:

体外粘附强度测试:使用离体猪皮作为湿润的生物组织模型,预先去除毛发和脂肪。将两块猪皮组织固定,在其连接处施加 100 μL 的GDP预聚体溶液(形成1×1 cm²的水凝胶),并用可见光交联。使用万能材料试验机,以恒定速率(1 mm/min)拉伸,直至水凝胶从组织界面剥离。

体外爆破压力测试:使用干燥的胶原蛋白片模拟组织,在其中央制造一个直径2 mm的穿孔。将 60 μLGDP预聚体溶液施加于穿孔处,光交联形成密封水凝胶。使用定制设备,以恒定流速(10 mL/min)向密封片下方注入空气,同时用压力传感器和软件实时记录压力。

研究结果:

体外粘附强度测试:含有 2% (v/v) pDDA 的最优GDP配方,在猪皮上的粘附强度达到 ≈42 kPa。该强度显著高于纯 GelMAG 水凝胶 (≈23 kPa) 和两种商业外科密封剂:Coseal (≈26 kPa) 与 Evicel (≈25 kPa)。综上表明,添加DMA能显著提升粘附力(GD > GelMAG),而pDDA的加入在最佳浓度下(2%)能进一步协同增强粘附性能。

体外爆破压力测试: 最优GDP配方(含2% pDDA)的爆破压力高达 ≈51 kPa,该性能极其显著地优于商业密封剂:Coseal (≈1.7 kPa) 和 Evicel (≈3.7 kPa),差距超过一个数量级。 同时含有DMA和pDDA的GDP水凝胶,其爆破压力也显著高于仅含DMA的GD水凝胶 (≈38 kPa),再次证明多组分协同作用对形成牢固、抗内压密封的关键贡献。

DOI: 10.1002/advs.202506466



本期小结

本期,EFL通过四个典型研究案例,系统展示了DMA的粘附性能及其生物医学应用潜力。在骨关节炎软骨修复中,DMA赋予水凝胶动态粘附开关特性,实现关节内稳定药物递送;在眼部组织缝合替代方案中,DMA水凝胶的粘附强度达到商用密封剂的7倍;在植入物涂层中,DMA显著提升界面结合强度与抗剥离性能;在弹性器官止血密封中,DMA协同其他组分实现远超商业产品的爆破压力与粘附力。


这些研究共同表明,DMA可以提升材料的组织粘附强度,更赋予其环境响应性与功能可设计性,为组织工程、药物递送、植入物固定及创口闭合等生物医学领域提供了创新材料解决方案。


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