黑科技神奇膠水，修補破碎的心

知識 05-17

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撰文 | 周煒

圖片 | 課題組

責編 | 周煒

深夜11點，上海兒童醫學中心，一台小兒心臟手術已持續超過7個小時。心胸外科大夫陳會文此時已經很累了。下了手術台，他靠著牆，給一位浙大教授發去一條信息：

「歐陽兄，盼望您的神葯，今天手術，止血到現在。」

止血，醫護人員花了整整4個小時。「這個過程很是煎熬，」陳會文想起在一次會議時聽說過的神奇膠水——

來自浙江大學的歐陽宏偉教授說，他的團隊發明了一種新型水凝膠，能夠有力粘附於濕潤器官組織表面，在光的控制下迅速成膠，快速修補動脈、心臟等創口，並耐受住血液流動或心臟收縮時產生的壓力。

神奇「膠水」目前已在豬等大型動物上證實了有效性。「歐陽當時給我看過一段實驗視頻，讓我眼前一亮。」陳會文說。5月14日，相關論文 A strongly adhesive hemostatic hydrogel for the repair of arterial and heart bleeds在《自然通訊》雜誌發表。第一作者為浙大基礎醫學院博士後洪逸。

中科院院士劉昌盛認為，這一研究完美地解決了醫用組織膠水在動態、濕性、大出血組織截面處的止血和封閉問題，並且操作便捷，會受到臨床醫生們的青睞。

在濕滑的表面，牢牢粘附

功能化的即時止血和封閉傷口是臨床上一個巨大的需求。「如果能設計出一種『膠水』，讓醫生告別縫線，傷口極速癒合，出血帶來的風險就會大大降低。」4年前，歐陽宏偉開始了一項「閱讀天書」計劃，他說，人體就是一本豐富而精妙的材料學「天書」，蘊含著許多生物材料的設計思路。

補心「膠水」是一種新型水凝膠。這正是「天書」給研究人員最初的提示。「我們的皮膚、肌腱、軟骨等都可以看做是不同成分和配比的水凝膠。」歐陽宏偉認為，可以模仿細胞外基質來做一種具有修復功能的水凝膠。其中最大的挑戰在於——界面，它要修補的界面是濕的。

濕，是普通膠水的「剋星」。我們都有在牆上粘一個不幹膠掛鉤的經驗，要保證掛鉤粘得牢固，牆面必須乾燥無塵。牆面有水，掛鉤就粘不住。「而人體環境濕的。」歐陽宏偉說，「尤其是血管破裂處，流動的血液衝擊傷口，普通的『膠水』還沒粘碰上可能就被沖走。」

雙交聯網路和濕面粘附原理示意圖

研究團隊設計出一種全新的水凝膠 Matrix Gel，它的主要成分為明膠 (GelMa)和光板機分子修飾的透明質酸（HA-NB），對光敏感。只要光「一聲令下」，這種材料就迅速進入成膠階段，長出兩層網路結構，從流動的液態變相為固態：首先是明膠上的雙鍵自行交聯，產生第一層網路；同時，HA-NB 的醛基與明膠上的氨基酸產生交聯，形成第二層網路。「雙層網路極大的提升了材料的力學性能，變得更抗壓。」洪逸說，更令人驚喜的是，HA-NB 的光生醛基還能與組織界面的氨基反應，形成共價鍵，「醛基就像膠水伸出的一雙手，牢牢地抓住組織表面。」

這一創造性的設計，讓「膠水」就能在活動的、濕面的組織上應付自如。實驗表明，補心「膠水」的粘附力可以抵抗 290mmHg的壓力，遠高於常規收縮血壓 ( 60–160mmHg)。

成功了！豬心破裂修復實驗

豬的心臟大小與結構與人的心臟最為接近，跳動心臟大出血是目前最難止的血。研究人員在豬搏動的心臟上穿了一個6毫米直徑的孔，鮮血噴濺而出。這時，研究人員在傷口擠入 Matrix Gel，再用一束紫外光進行照射，幾秒鐘之內，血止住了。

在無需縫合的狀態下，創口得到了完美閉合，術後，研究小組對參與實驗的豬進行了為期兩周的恢復期檢測，均未發現手術導致的任何異常。

心臟止血過程實拍

「從動物實驗的角度來說，這是心臟外科止血的一次革新。」陳會文用「震撼」兩字描述他看到實驗視頻的印象。在此之前，研究團隊已經在豬肝臟大面積出血，豬頸動脈破裂等情況下測試 Matrix Gel 的性能，均顯示了良好的修補性能。「於是我們想試試，對於難度最大的心臟破裂，Matrix Gel 的能力如何。」歐陽宏偉說。