Interfacial fluid transport is a key to hydrogel bioadhesion

生物粘附 自愈水凝胶 粘附 胶囊 生物物理学 肿胀 的 组织粘连 胶粘剂 薄壁组织 材料科学 纳米技术 化学 图层(电子) 复合材料 药物输送 高分子化学 生物化学 生物 植物
作者
Raphaël Michel,Léna Poirier,Quentin van Poelvoorde,Josette Legagneux,Mathieu Manassero,Laurent Corté
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:116 (3): 738-743 被引量:54
标识
DOI:10.1073/pnas.1813208116
摘要

Attaching hydrogels to soft internal tissues is a key to the development of a number of biomedical devices. Nevertheless, the wet nature of hydrogels and tissues renders this adhesion most difficult to achieve and control. Here, we show that the transport of fluids across hydrogel-tissue interfaces plays a central role in adhesion. Using ex vivo peeling experiments on porcine liver, we characterized the adhesion between model hydrogel membranes and the liver capsule and parenchyma. By varying the contact time, the tissue hydration, and the swelling ratio of the hydrogel membrane, a transition between two peeling regimes is found: a lubricated regime where a liquid layer wets the interface, yielding low adhesion energies (0.1 J/m2 to 1 J/m2), and an adhesive regime with a solid binding between hydrogel and tissues and higher adhesion energies (1 J/m2 to 10 J/m2). We show that this transition corresponds to a draining of the interface inducing a local dehydration of the tissues, which become intrinsically adhesive. A simple model taking into account the microanatomy of tissues captures the transition for both the liver capsule and parenchyma. In vivo experiments demonstrate that this effect still holds on actively hydrated tissues like the liver capsule and show that adhesion can be strongly enhanced when using superabsorbent hydrogel meshes. These results shed light on the design of predictive bioadhesion tests as well as on the development of improved bioadhesive strategies exploiting interfacial fluid transport.
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