粘附水凝胶具有优异的粘附性能,可以粘附到组织或其他生物材料上,在手术缝合、组织修复等场合具有优异的应用前景,已得到广泛研究。然而,大多数粘附水凝胶不具有长期的、可重复的粘附性。此外,传统粘附水凝胶的机械性能通常较差,并且没有优异的抗菌能力。本研究受植物粘附的启发,基于木质素包裹银纳米颗粒(Ag@Lignin NPs)触发的动态氧化还原儿茶酚化学,开发了坚韧的粘附和抗菌水凝胶。Ag@Lignin NPs构建了水凝胶内部动态儿茶酚氧化还原平衡,创造了持久的氧化还原水凝胶环境。该氧化还原系统可以连续产生儿茶酚基团,赋予水凝胶长期和可重复的粘附性。此外,Ag@Lignin NPs可在室温条件下产生自由基,触发水凝胶的自凝胶,因此水凝胶能够在室温环境下凝胶。该水凝胶网络中存在共价和非共价相互作用,使其具有较高的韧性和强度。由于木质素和果胶的生物相容性和Ag的杀菌能力,水凝胶还具有良好的细胞亲和性和高抗菌活性。本研究受植物启发的儿茶酚粘附理论,提出了一种基于动态植物儿茶酚化学的新型超强粘附水凝胶的新策略。主要研究内容分为以下两个部分:首先,通过自由基聚合法制备受植物启发的超强、粘附、抗菌水凝胶。使木质素包裹银纳米颗粒(Ag@Lignin NPs)、单体丙烯酸(AA)和果胶(pectin)混合均匀,并加入引发剂和交联剂,在室温下自发聚合形成超强、粘附、抗菌水凝胶。其中,PAA作为水凝胶的主体网络,果胶以互穿的方式,掺入主体网络中,与主体网络形成物理-化学键,从而构成互穿网络结构。Ag@Lignin NPs的官能团与PAA和果胶形成非共价相互作用,因此Ag@Lignin NPs作为纳米增强剂以改善水凝胶的机械性能。纳米增强和互穿网络结构协同增强了水凝胶的力学性能。力学实验结果表明,Ag@Lignin NPs和果胶协同增强了水凝胶的机械性能。此外,由于水凝胶中Ag@Lignin NPs含有大量的酚羟基、苯环,可以实现对生物组织及亲疏水材料表面的粘附性能。银单质的存在,赋予了水凝胶广谱抗菌性。其次,通过体外细菌/细胞实验、体内细菌动物实验、体内皮肤修复实验对水凝胶的抗菌性、细胞及组织相容性、组织修复能力等进行了多方面的生物学评价。体外抗菌实验结果表明,该水凝胶对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有良好的抗菌性;体外细胞实验结果表明,由于木质素、果胶的存在,提高了水凝胶的生物相容性,有利于细胞铺展和增殖。体内抗菌动物实验结果表明,该水凝胶在动物体内具有良好的抗菌性,并且未发现异物植入所导致的炎症,可安全应用于伤口修复、骨/软骨修复。这是由于木质素对银单质进行了包裹,实现了银离子的缓慢释放,使其浓度处于生物体安全范围内,实现了水凝胶的抗菌性能。皮肤修复实验结果表明,该水凝胶可以作为皮肤修复材料对皮肤进行修复,并可有效地促进皮肤组织修复与再生。综上,该超强、粘附、抗菌水凝胶具有良好的机械性能、优异的长期和重复粘附性、稳定安全的抗菌性并具有细胞相容性等多重性能。本研究提出了一种构建超强、粘附水凝胶的新策略,拓宽了超强、粘附水凝胶在生物医学中的应用。