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人工凝胶保护伤口

admin  发表于 2017年12月07日

这种坚固的超级凝胶刚性与细胞骨架相仿,如果将其冷溶液倾倒在伤口上,经过体温加热后,它会形成一层凝胶状的屏障来保护伤口。

撰文:马克·佩普洛(Mark Peplow) 翻译:冷颖琳

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带上一千克聚异氰化物,疏疏地撒进一个奥运会游泳池里,缓缓加热。几分钟后,您的果冻就做好了。价格2 500万元。在一篇发表于《自然》的论文中,荷兰内梅亨大学的材料化学家艾伦·罗恩(Alan Rowan)这样描述他实验室开发出来的一种新型的、不同寻常的聚合物。

罗恩并未真正在游泳池中进行实验,但听上去他好像非常想试试。谈到形成凝胶这一步时,他激动地说,这种聚合物“十有八九是世界上最好的——性能比别的东西高出一个数量级”。

这种聚合物不仅能制造破纪录的大果冻,还具有更重要的性质。美国芝加哥大学的生物物理学家玛格丽特·加德尔(Margaret Gardel)撰文介绍说,这种聚合物是第一种刚性可与很多生物大分子媲美的人工合成聚合物。“DNA和胶原等几乎所有的生物大分子都有某种固有刚性,”她解释道,而一般的合成聚合物却往往极为松软。

罗恩的链状聚合物具有一个螺旋形的主链,成千上万个短肽向侧方突出,每一个均拖着由不断重复的碳氧链构成的长尾巴。相邻肽链的氮原子和氢原子相互结合,使主链变得坚固;尾端的碳氧基团则容易与水分子结合,使聚合物具有极佳的溶解性。

当聚合物溶解后,加热会使尾端排出水分子,与相邻的聚合物链连接起来。达到某一特定温度后,聚合物链会自行组装成束状,宽约10纳米,使溶液在数秒之内转变成凝胶。与活细胞中的生物大分子和绳索中的纤维一样,束状结构使整个胶体变得坚固。“纳米尺度上的力学机制与宏观尺度上是相同的,”罗恩说。

研究人员早已认识到束状结构对增加生物大分子强度的重要性。而罗恩的团队测量了单个和整束分子链的强度,揭示了二者之间的联系。“既然原理已经弄清楚,我们可以着手在更低的浓度下制造凝胶了,”罗恩预言说。

聚合物受热后形成凝胶,这种性质较为罕见;与之相反,大多数凝胶都是在溶液冷却后形成,例如明胶。罗恩设想,可以把这种聚合物的冷溶液倾倒在伤口上,当它被加热至体温时,会迅速形成一层凝胶屏障,对组织起保护作用;而当需要去除这层凝胶时,只须在上面放置一个冰袋,使它变回液体。研究人员已开始针对这一设想进行实验——“用的是在烤箱里加热到40℃的猪腿,”罗恩说。

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