Universal adhesion using mussel foot protein inspired hydrogel with dynamic interpenetration for topological entanglement

量子纠缠 粘附 贻贝 纳米技术 化学 拓扑(电路) 生物物理学 物理 材料科学 生物 量子力学 生态学 数学 组合数学 量子
作者
Buyun Chen,Dandan Zhu,Zhu Ruixin,Chenhao Wang,Jiahua Cui,Zhen Zheng,Xinling Wang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:256: 127868-127868
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.127868
摘要

Achieving adhesion of hydrogels to universal materials with desirable strength remains a challenge despite emerging application of hydrogels. Herein we present a mussel foot protein (Mfp) inspired polyelectrolyte hydrogel of poly(ethylenimine)/poly(acrylic acid)-dopamine (PEI/PAADA) developed for universal tough adhesion. The highly-concentrated electrostatic and hydrogen-bonding interactions in PEI/PAADA hydrogel resulted in a tensile strength, strain at break, and toughness of 0.297 MPa, 2784 % and 5.440 MJ m−3, respectively. Moreover, the hydrogel can heal itself from physical damages, even can be recycled after totally dried via rehydration because of the high flexibility and reversibility of its dynamic bonds. Combining the strategies of topological stitching and direct bonding, Mfp-derived catechol and PEI/PAA backbone in PEI/PAADA corporately facilitated robust adhesion of universal materials with shear strength of up to 4.4 MPa and peeling strength of 870 J m−2, which is over 10 times greater than that of commercial fibrin gel. The adhesive also exhibited self-healing capability for at least 5 cycles, good stability in 1 M NaCl solution and characteristic debonding catalyzed by calcium. Moreover, in vitro cell behavior and in vivo wound healing assays suggested the potential of PEI/PAADA as wound dressing.

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