这篇文章是Wenguang Dou、Xiaojun Zeng、Shuzhuang Zhu等人撰写的一篇综述论文，题为《Mussel-Inspired Injectable Adhesive Hydrogels for Biomedical Applications》，发表在2024年的《International Journal of Molecular Sciences》期刊上。本文综述了近年来基于贻贝粘附特性的注射性水凝胶的设计策略与在生物医学领域中的广泛应用，并对其未来挑战和研究方向进行了探讨。以下是论文的详细解读：
海洋贻贝通过分泌蛋白质黏胶在潮湿的岩石表面产生强粘附，这一现象引发了科学研究的兴趣。贻贝黏附蛋白中特有的非典型氨基酸——3,4-二羟基苯丙氨酸（DOPA）中，邻苯二酚（catechol）基团被认为是其黏附性能的关键。因此，近年来研究者尝试将这些catechol基团引入聚合物中，催生出了一系列新型“贻贝仿生”材料。这些材料在生物医用胶、抗污涂层、柔性电子器件、药物递送、细胞封装等多个领域展现了巨大的应用潜力。
特别是注射性贻贝仿生水凝胶，由于其具备良好的粘附性、抗菌性、自修复能力以及抗氧化性，在组织修复、止血、药物释放等医疗场景中成为研究热点。基于此，本文试图系统回顾这些水凝胶的典型设计策略、结构特点、功能以及具体应用领域。
文章详细列举了注射性粘附水凝胶的两大核心设计策略：将catechol基团引入聚合物和利用交联技术构建凝胶网络。
（1）有机反应嫁接：通过经典的有机耦联反应或席夫碱反应，将像3-（3,4-二羟基苯基）丙酸等商业化的DOPA衍生物与多种聚合物（如壳聚糖、透明质酸、明胶等）连接。
（2）基于monomer的聚合：通过调控聚合条件，可以实现包含catechol基团的单体在不保护的情况下聚合。
（3）生物合成法：利用酶（如蘑菇酪氨酸酶）将蛋白质氨基酸位点改造成DOPA。不过此方法目前仍面临低产率的技术瓶颈。
（1）基于catechol的交联：包括邻苯二酚金属配位交联（如与铁离子Fe³⁺）、氧化诱导的交联以及动态硼酯交联。
（2）其他常规交联方法：如化学交联（席夫碱反应或Michael加成）和非共价交联（如氢键、π-π堆积等）。
（3）多重交联：将catechol交联与其他方式结合，形成具有良好机械性能和功能性的网状结构。
这些交联策略的设计，使得水凝胶在满足机械强度的同时，也能保持良好的可注射性和多样化功能。
贻贝仿生注射性粘附水凝胶已在以下几个典型的生物医学领域展现出应用前景：
传统缝合术作为伤口闭合技术尽管可靠，但操作复杂且易导致二次损伤。相比之下，贻贝仿生水凝胶以其卓越的粘附性能、易用性以及减少疼痛和疤痕形成的优势，成为伤口闭合的新兴手段。例如，一款基于Fe³⁺的交联水凝胶展现出比商用纤维蛋白胶高8倍的粘附强度，并在大鼠模型中加速了伤口愈合。
此外，还开发出具备湿粘性、抗氧化性及抗菌性能的水凝胶，这对于糖尿病性伤口及感染性伤口的愈合尤为重要。例如，将银纳米颗粒或多巴胺纳米粒子引入水凝胶中，在近红外光作用下显现出优异的抗菌性，促进愈合。
贻贝仿生水凝胶特别适用于止血场景，其主要作用机制包括：
- 在出血部位形成物理屏障。
- 启动凝血级联反应，增强血液凝固。
研究表明，利用贻贝仿生策略开发的复合水凝胶（如c-Pva/Dopa交联体系）能够快速稳定伤口的出血点，有效降低血液丢失。
针对创伤或肿瘤切除引起的骨骼缺损，贻贝仿生水凝胶已成为一种理想的骨支架。它们不仅具备骨传导性和骨引导性，还能结合各种纳米材料（如纳米羟基磷灰石或Laponite纳米片）增强再生能力。例如，一种注射性聚乙烯醇/多巴胺功能化Laponite水凝胶在小鼠颅骨模型中显著提高了骨体积和矿物质密度。
注射性水凝胶为定向药物递送提供了新的可能性。例如，将抗癌药物多柔比星（DOX）或负载光热治疗成分的生物纳米颗粒嵌入水凝胶中，可实现在肿瘤微环境中逐步释放药物，从而显著提高治疗效率并减少对正常组织的副作用。
基于贻贝仿生的复合水凝胶还被用于医疗器件的生物传感器（如检测人类电生理信号）和生物防粘涂层，可显著提升智能设备的粘附性能及信号灵敏度。
尽管贻贝仿生注射性水凝胶在学术研究和应用开发中取得了显著进展，但仍存在一些亟待解决的挑战：
1. Catechol基团易氧化：氧化会降低粘附性能并导致意外的交联，限制材料的储存稳定性。保护基团或加入还原性组分（如硫醇）被认为是可行的改进策略。
2. 聚合困难：Catechol基团强阻聚性能使得单体聚合复杂化。目前通过调节聚合条件的方案仍需优化。
3. 功能与机械性能权衡：在保证交联强度的前提下，如何充分发挥catechol基团的粘附性能是一大难题。可以通过调控交联方式或引入多功能交联剂加以解决。
贻贝仿生注射性粘附水凝胶因其独特的粘附特性和优越的生物学性能，成为生物医学领域的重要工具。未来的研究需进一步解决材料的稳定性和功能性平衡问题，同时针对具体的医疗需求开发更高效的水凝胶体系，最终推动该材料的临床转化应用。