生物界面黏附水凝胶的多尺度力学设计及其应用

目的生物黏附水凝胶在生物医学、可穿戴设备、软体机器人等新兴工程技术领域有着广阔的应用前景。方法从跨尺度力学角度入手,综合利用分子动力学、生物分子黏附力学和连续介质力学等理论分析和数值仿真方法解构水凝胶的黏附机理,提出了基于生物分子的Catch bond(逆锁键)黏附机理、非DLVO长程力介导的油脂界面黏附方法,构建了小分子扩散驱动的特异性界面黏接理论模型。结果和结论在此基础上,研发了低温可注射的明胶基水凝胶,设计了速率敏感的生物相容性的组织黏接凝胶新材料,实现对多种水凝胶的可编程、通用、超强、高效、坚韧和可逆的电黏附,构建了瞬时超强组织界面黏接新材料和新方法,其在液相环境下对生物组织的黏接强度高达150 k Pa。本文基于多尺度力学设计原理研发了适于低温、脂肪界面及液下环境的生物组织黏接水凝胶材料,并实现了口腔黏膜靶向给药、促进慢性炎症伤口愈合、全层伤口脂肪组织闭合,动物实验结果表明上述生物界面黏附材料在生物医学领域有广阔应用前景。