粘附水凝胶可粘附与组织表面，在生物医学应用中已经取得实际应用。然而，大多数粘附水凝胶不具有长期和可重复的粘附能力。此外，传统的粘附水凝胶通常表现出差的机械性能，并且不具备抗菌能力。因此研制一种具有超强力学性能、抗菌性能、良好生物相容性兼具的粘附水凝胶仍面临严峻的挑战。
本文要点：
针对以上问题，西南交通大学鲁雄教授课题组受植物粘附的启发，基于Ag-木质素纳米粒子（NPs）触发动态氧化还原儿茶酚化学，开发了坚韧、抗菌的粘附水凝胶。
（1）   NPs可以产生自由基引发单体聚合（图1），并可维持水凝胶内部网络中的醌基-儿茶酚基团的氧化还原平衡（图2a, b）。
（2）   水凝胶具有优异的力学性能（图3a）。
（3）   其次，水凝胶具有持久、可重复的粘附性（图3b）。
（4）   植物启发的NPs水凝胶表现出良好的细胞亲和力和组织粘附性。
（5）   水凝胶具有抗感染能力，特别适用于皮肤伤口修复。
该研究推广了从贻贝到植物的儿茶酚粘附理论，并提出了基于动态植物儿茶酚化学设计坚韧和粘性水凝胶的策略。该研究成果以“Plant-Inspired Adhesive and Tough Hydrogel Based on Ag-Lignin Nanoparticles Triggered Dynamic Redox Catechol Chemistry”为题在线发表于《Nature communications》。论文第一作者为在读博士研究生甘东林和硕士邢文思。该研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金等项目支持。
图1植物设计策略为基于儿茶酚化学的粘附，坚韧和抗菌NPs-P-PAA水凝胶。
（a）通过Ag-木质素NPs和APS之间的氧化还原反应产生自由基，引发水凝胶在周围环境下的凝胶化。
（b）醌基-儿茶酚基团可逆反应维持动态平衡。
（c）植物启发的粘附和坚韧水凝胶的分子结构方案。
（d）醌基自由基基团检测的ESR谱。
（e）TEM显微照片显示Ag-木质素NPs的核-壳结构；插图是Ag元素分布。
（f）HRTEM显微照片显示Ag-Lignin NPs的结构；插图是Ag的高分辨率图像。
（g）SEM显微照片显示水凝胶中的微纤维结构；插图呈现典型的微纤维。
图2 NPs-P-PAA水凝胶优异的拉伸性能和粘附能力
（a）    将0.03-NPs-P-PAA水凝胶伸长至其初始长度的26倍并在2分钟内回复。
（b）    0.03-NPs-P-PAA水凝胶典型的拉伸应力-应变曲线
（c）     0.03-NPs-P-PAA水凝胶反复粘附在作者的皮肤上，剥离后，未发现残留，对皮肤无刺激。
（d）    0.03-NPs-P-PAA水凝胶30次循环粘附性能
图3 NPs-P-PAA水凝胶优异的抗菌性能
（a）表皮葡萄球菌、大肠杆菌分别与水凝胶共培养1天后的溶液照片。
（b）水凝胶对表皮葡萄球菌、大肠杆菌的杀菌率。
（c）体内抗菌实验方案。
（d）将水凝胶植入皮肤下层中7天后的照片。
（e）H＆E染色水凝胶周围的结缔组织切片。
图4用于修复全层皮肤缺损的生物相容性NPs-P-PAA水凝胶。
（a）各种水凝胶上成纤维细胞的CLSM显微照片。
（b）成纤维细胞在水凝胶表面增殖的MMT结果。
（c）水凝胶植入大鼠缺损皮肤的方案。
（d）伤后不同时期的伤口闭合百分比。
（e）不同水凝胶处理的伤口照片。
（f）14天后伤口切片的H＆E染色。
参考文献：
Donglin Gan, Wensi Xing, Lili Jiang, Ju Fang, Cancan Zhao, Fuzeng Ren, Liming Fang, Kefeng Wang, Xiong Lu, Plant-inspired adhesive and tough hydrogel based on Ag-Lignin nanoparticles-triggered dynamic redox catechol chemistry. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09351-2
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09351-2