作者：丁淑雯，朱佳玉，赵洁晨，吴小华，吴珺华，上海市同济口腔医院口腔修复科

颌面部肿瘤切除术、种植手术、牙周手术以及其他颌面部手术数量逐年增加，及时关闭手术创口对减少感染和促进愈合至关重要。传统的手术缝合方式耗时久、难以立即闭合伤口，可能留下瘢痕，影响咀嚼、发音等生理功能，同时增加感染等风险。此外，口腔环境潮湿且动态，目前商用口腔敷料如AidbandⓇ和博纳贴Ⓡ等，存在黏附时间短、湿粘接强度低等问题。而传统胶黏剂如环氧树脂、聚氨酯氰基丙烯酸酯基等，在潮湿条件下虽广泛使用，但存在固化时间长、粘接力不稳定和生物毒性等缺点。

仿生材料是一类受自然界生物体结构和功能启发的新型材料，通过模拟自然界生物体在演化过程中形成的独特结构和功能，为人类提供高性能的材料解决方案。水凝胶是一种含水的三维高分子网络，因其性质柔软且具有一定的形状保持能力，在医用黏合剂领域广泛应用。然而，天然水凝胶存在机械强度不足和功能单一等问题，仿生水凝胶可通过设计提升天然水凝胶的性能，并扩展其应用范围。

根据粘接机制策略，可分为结构相关和分子相关两大类，结构相关策略主要以负压相关为主，分子相关策略包括黏性基团、互补配对、分子－网络相互作用和相行为等。自然界中，不同生物体的结构对应不同的湿粘接类型。本文主要介绍了3 种常见类型的仿生湿黏附水凝胶，分别为贻贝仿生型、藤壶仿生型和吸盘类仿生型。

从粘接策略来看，贻贝仿生型湿黏附水凝胶主要依靠邻苯二酚基团与不同界面实现黏附，属于分子相关类仿生水凝胶。藤壶仿生型湿黏附水凝胶的粘接机制与贻贝仿生型黏附水凝胶类似，不同的是依靠藤壶特有的黏附蛋白实现对不同界面的黏附。吸盘类仿生型黏附水凝胶主要依靠其特有的吸盘结构，属于结构相关型仿生水凝胶。目前，仿生湿黏附水凝胶作为口腔敷料在口腔术后伤口修复和口腔黏膜递药领域已有大量相关的研究。本文就其常见类型、粘接机制、设计策略及其在口腔敷料中的应用进展进行了综述。

1. 分子相关为主的仿生湿黏附水凝胶

1.1 贻贝仿生型水凝胶

1.1.1 贻贝仿生型水凝胶湿粘接机制

贻贝作为一种海洋生物，其与海底礁石等形成牢固粘接界面的能力激发了人们对其水下粘接性能的研究。贻贝的粘接行为涉及物理和化学双重作用，传统上认为其粘接性能主要归因于丰富的邻苯二酚基团( catechol) 。研究发现，贻贝通过足丝分泌多种含有4－二羟基苯丙氨酸( 4-dihydroxyphenylalanine，DOPA) 的黏附蛋白，如Map-1 和Map-2等，DOPA 中的邻苯二酚基团能够与多种表面形成非共价键和共价键，实现湿界面粘接。例如，DOPA 的羟基与金属氧化物的静电相互作用、与亲水表面的氢键结合、苯环促进的阳离子-π 相互作用、疏水相互作用及π-π 堆叠，使贻贝能在海水中牢固附着于任何固体表面。

当pH 升高或氧化剂存在，邻苯二酚被氧化成醌，通过Michael 加成与粘接界面的胺和硫醇建立共价键，黏附力降低，此时主要依靠氢键维持湿粘接作用。此外，贻贝的湿粘接性具有可逆性，其足丝结构牢固锚定在海滨栖息地，足丝由一系列蛋白质附着线构成，能够在遇到捕食者或恶劣环境时脱离基质表面。Sivasundarampillai 等发现这种脱黏附行为受贻贝自身分泌的血清素和多巴胺的影响，这为开发可控粘接结构的贻贝仿生型湿黏附水凝胶提供了新思路。

1.1.2 贻贝仿生型水凝胶设计策略

为了增强邻苯二酚基团的湿粘接性能，Hou等构建了含不同长度烷基链的疏水单体与邻苯二酚衍生物组合的贻贝仿生湿黏附水凝胶，通过高通量筛选对该组水凝胶的湿黏附力进行了检测，发现疏水烷基链的长度显著影响水凝胶的湿黏附力。链越短，湿黏附性越强，在含有乙基丙烯酸酯组的水凝胶中测得湿黏附强度的最高值，为( 23. 5 ± 1. 9)kPa，远高于目前市售的纤维蛋白胶。因此，引入含短烷基链的单体是调节仿贻贝水凝胶湿黏附力的有效策略。多巴胺也具有类似DOPA 的邻苯二酚结构，通过氧化自聚形成高黏附聚集体聚多巴胺( polydopamine，PDA) ，在贻贝仿生材料中广泛应用。

Zhang 等揭示了PDA 水凝胶的强黏附力主要源于多巴胺分子在氧化和辅助环化作用下生成的大量5，6－二羟基吲哚( 5，6-dihydroxyindole，DHI) 基团。在实验中，他们以多巴胺为聚合单体，通过调节pH 值和反应时间来控制聚合过程。在pH 值为8.5的条件下，经过1 h 的聚合，多巴胺产生了丰富的DHI 基团，这些基团在水凝胶中形成了大量的交联点，从而赋予了水凝胶黏附力。分子模拟结果表明，DHI 结构具有更大的共轭区域和更高的π 电子密度，使其能够与各种表面形成更强的分子间相互作用，如π-π 堆积和氢键，从而显著增强了水凝胶的黏附功能。

除了多巴胺，单宁酸、聚赖氨酸以及没食子酸等也是常见的贻贝仿生粘合剂原料，它们也含有丰富的邻苯二酚基团，通过与各种表面形成共价键和非共价键发挥黏附功能。Zhu 等通过双重交联策略制备了甲基丙烯酸酯化明胶( GelMA) －纳米黏土( nanoclay) －单宁酸( tannic acid，TA) 口腔敷料。研究结果显示，该敷料在动物口腔内的留存时间超过8 h，黏附强度约为15 kPa，这一数值显著高于传统治疗方法和商业产品，表现出优异的黏附功能。

Hu 等设计了一款多巴胺与聚乙烯醇( polyvinylalcohol，PVA) 交联的口腔敷料，在湿黏膜组织上展现出高达( 38.72±10.94) kPa 的黏附力，能够负载聚多巴胺纳米颗粒以实现黏膜给药，并显著提高药物的生物利用度( 约3.5 倍于口服给药) ；Sun 等将TA 与Fe 离子快速交联形成的络合物加入丙烯酰胺－丙烯酸水凝胶中，制备出一种能有效黏附于口腔湿润环境的水凝胶，该水凝胶的黏附强度在湿态条件下达到了15 kPa，并且在糖尿病大鼠口腔黏膜缺损模型中显示出卓越的修复效果。

Lv 等开发了一种多功能水凝胶，该水凝胶具有强湿黏附性、抗菌活性、止血性、可注射性、自修复性、ROS 清除活性和按需可去除性，可促进海水浸泡过的伤口愈合，主要机制是通过ε－聚－L－赖氨酸( epsilon-poly-L-lysine，ε-PL) 中丰富的赖氨酸残基取代湿表面的水合阳离子，同时ε－PL 中的邻苯二酚基团与组织通过氢键紧密结合。贻贝蛋白的提取存在萃取量低、成本高等问题，而这些含有丰富的邻苯二酚基团的原料可以在一定程度上替代贻贝黏附蛋白，同时也有利于产品性能的稳定。

1.1.3 贻贝仿生型水凝胶的应用展望

尽管贻贝仿生材料已被广泛研究，但在实际应用中，还存在以下问题： ①天然产物如多巴胺、单宁酸和没食子酸黏附强度不稳定，且高浓度时细胞毒性增大，需要与其他成分结合使用；②邻苯二酚基团与界面的化学或者物理作用受环境pH 值等影响较大，随着pH 值的增大，邻苯二酚被氧化成半醌或者苯醌，内部交联增强，反而削弱了与黏附界面间的作用；③贻贝足丝中发现的天然粘合剂，依赖于独特的分子相互作用，使它们能够实现对各种基材的强粘合，但是贻贝重组蛋白凝聚物价格昂贵、制造工艺复杂，难以大量生产使用。因此，贻贝仿生湿粘接水凝胶的未来发展应集中在提高生物安全性和材料稳定性，同时确保材料的降解进程与口腔黏膜伤口的愈合过程相匹配。

1.2 藤壶仿生型水凝胶

1.2.1 藤壶仿生型水凝胶湿粘接机制

藤壶与贻贝都通过分泌含有黏附蛋白的固态胶来实现自身与基底材料的黏附。根据产生的时间不同，藤壶胶分为初生胶与次生胶，前者是指藤壶正常生长发育过程中所分泌的胶粘物质，后者则是指藤壶底盘脱离附着基底而再次分泌的物质。两种胶虽然具有相同的肽段，但自组装程度和固化交联程度不同，且藤壶胶中邻苯二酚类结构含量较低，这表明其黏附机制与贻贝不同。

藤壶通过分泌水泥蛋白( cement protein，CP) 混合物黏附于各种基材，其中黏蛋白CP19k 是主要成分，富含阳离子赖氨酸( lysine，Lys) 等带电氨基酸，可以通过静电作用与带负电荷的海洋生物表面形成良好的黏附作用。有学者发现，细菌重组藤壶黏蛋白CP19k能在中性环境下自组装成纳米纤维，其在云母上的黏附强度接近市售贻贝黏附蛋白混合物，但在高pH环境中黏附能力下降。因此，预组装的CP19k 纳米纤维在酸性和低盐度条件下比在碱性和高盐度海水中更稳定，附着力更强。丝素蛋白( silk fibrin，SF) 与藤壶具有相似的黏附特性，研究者在丝素蛋白的结构中发现了与CP19k 类似的重复序列，这进一步说明了CP19k 在藤壶黏附性扮演了重要角色。

此外，藤壶的其他黏蛋白，如52 ku 黏蛋白，也发挥着重要作用，展现出类淀粉的聚集自组装单元，说明藤壶胶通过类淀粉蛋白聚集体而非共价键交联形成坚韧的交联网络。这种类淀粉的自组装聚集方式增加了藤壶胶的内聚力，是胶固化的原因之一。阳离子赖氨酸与带负电表面的强静电相互作用、氨基酸去除表面结合水层，以及CP 通过氢键网络连接的淀粉样β 片结构域，是藤壶水下黏附的3个关键因素。此外，藤壶分泌的黏附物质通常呈现出多相结构，包含疏水和亲水区域。这种多相结构使得黏附层能够适应不同的表面湿度和化学特性，确保在潮湿环境中仍能保持牢固粘接。藤壶的黏附蛋白具有自愈合性能，能够在断裂后重新形成黏附界面，藤壶仿生水凝胶也借鉴了这一特点，通常通过动态交联网络设计实现自愈功能，使其在多次使用后仍保持黏附力。

1.2.2 藤壶胶仿生型水凝胶设计策略

Xing 等模仿藤壶黏附机制，设计了一款口腔敷料。合成N－丙烯酰－2－甘氨酸( N-acryloyl-2-glycine，NACG) ，与羟基磷灰石( hydroxyapatite，HAp)结合制备PACG 水凝胶作为黏附层。PACG 水凝胶表面富含自由羧基，能够迅速与生物组织中的分子形成稳定的共价键和氢键，实现强力且持久的湿态黏附。同时，无机结构HAp 的引入增强了黏附层的结构稳定性，模拟藤壶体内的有机－无机复合结构，提高黏附层的机械强度和柔韧性，确保了卓越的湿黏附性能。动物实验结果表明，传统敷料在30 min内基本脱落，而PACG 水凝胶敷料在4 h 后仍能紧密黏附在溃疡表面。

Zhao 等受藤壶黏附机制启发，通过壳聚糖模拟藤壶胶中的静电相互作用，并以丙烯酸-2-苯氧乙基酯( ethylene glycol phenyl etheracrylate，PEA) 模拟其疏水相互作用，结合溶剂交换策略抵抗水凝胶的溶胀，开发了具有强大湿黏附性能的壳聚糖仿生水凝胶( CP-Gel) 。CP-Gel 能够实现按需剥离和可控性黏附，避免更换敷料时的疼痛和对皮肤的二次伤害，减少更换敷料时的疼痛和对皮肤的二次伤害，具有良好的生物安全性，促进海水浸泡伤口的愈合，适用于海上急救、出血伤口封闭和触水伤口护理等。

1.2.3 藤壶仿生型水凝胶的应用展望

藤壶胶作为一种天然粘合剂，其粘接机制尚未完全明确，有研究者认为是藤壶胶固化有化学作用存在，但也有研究者认为与蛋白质的组装结构相关。尽管一些藤壶仿生湿粘接水凝胶表现出优于市售产品的优秀粘接性能，但由于制备流程复杂和原材料性能差异等原因，产品的粘接强度和留存时间无法满足临床需求，且缺乏长时间的口腔黏膜留存时间测试。未来研究可从分子和细胞水平深入探讨藤壶胶蛋白的特性及机制，为藤壶胶在口腔敷料等生物医用湿粘合剂的研制提供基础参数。

2. 结构相关为主的仿生湿黏附水凝胶

以结构型黏附为主的仿生湿粘接剂中，吸盘类海洋生物的研究较为深入，主要原理是通过吸盘结构产生负压，发挥湿粘接作用，其中的代表生物是章鱼。本综述主要介绍章鱼及其他吸盘类海洋生物的相关研究进展。

2.1 章鱼仿生型水凝胶

2.1.1 章鱼仿生型水凝胶湿粘接机制

章鱼的吸盘因其在干燥、潮湿和不规则粗糙表面上等多种环境中的强大可逆粘合性能而备受关注。章鱼吸盘是一种肌肉静液压器，由3 种不同方向的肌肉束构成，通过黏附力和摩擦力实现与物体表面的黏附。黏附力主要体现在吸盘的边缘纤毛边缘的黏液和类真空区域上。章鱼通过摇晃骨盆带迫使水流出，形成类真空区域以增强黏附。其腹面吸盘内部的分层微绒毛增加了与黏附表面的摩擦力。在摩擦力和黏附力的双重作用下，章鱼能有效地黏附于各种表面。章鱼吸盘的粘接行为具有可逆性，与贻贝不同，章鱼主要通过其特殊的感知系统实现这一行为。章鱼臂上分布着化学感应细胞和机械感应细胞，这些细胞能分别对外界的化学和机械刺激作出响应。因此，章鱼的每一个吸盘都能根据周围的流体流动、压力、接触和化学信号独立调节黏附状态。

2.1.2 章鱼仿生型水凝胶设计策略

利用章鱼吸盘的特殊结构，Frey 等设计了不同柄角( 0°、15°和30°) 的吸盘，通过改变柄角来调节吸盘的顺应性，发现柄角为30°的吸盘水下粘接强度可达60 kPa，粘接强度在一定范围内随着柄角的增大而增大，该发现为章鱼仿生吸盘的设计提供了借鉴。Zhu 等模仿蓝环章鱼的吸盘结构，开发了一种用于口腔黏膜的微针敷料，并在微针外围设计了柔性仿生吸盘，以增强敷料的锚固能力，使得该微针敷料的粘接强度超过了10 kPa，主要原理是通过内表面的酚羟基与组织形成牢固结合，同时利用负压封闭作用保护粘接界面免受体液的干扰。Luo等模仿章鱼吸盘的肌肉排列，实现了稳定高效的黏附——在猪口腔黏膜上的粘接强度为( 49.7±6.6)kPa，改变黏膜的细胞结构和脂质屏障，促进药物的扩散。该研究提出了一种新的药物递送机制，即利用机械和化学的协同作用提高大分子药物的生物利用度。

2.1.3 章鱼仿生型水凝胶的应用展望

尽管科研人员模仿章鱼的吸盘结构，开发了多种智能水下胶黏剂，这些仿生胶黏剂与天然结构胶黏剂相比仍有差距，其湿粘接能力主要受响应时间、响应量、刺激类型和形变复杂程度等因素影响。此外，目前鲜有研究报道不同尺寸、结构以及硬度的章鱼吸盘仿生水凝胶对口腔组织的影响，对其体内生物相容性及其潜在的威胁认识不足也限制了其应用。

2.2 其他吸盘类海洋生物仿生型水凝胶

2.2. 1 其他吸盘类海洋生物仿生型水凝胶粘接机制

除了章鱼的肌肉静液压结构，具有类似仿生结构的还有树蛙脚趾的六边形微观结构、壁虎脚趾的分层结构以及蜉蝣幼虫和硬骨的刺状结构。但是，这些吸盘类海洋生物缺乏章鱼特有的感知系统，无法精确调节自身吸盘的黏附状态，因此难以实现高性能湿黏附材料的开发。鱼利用自身吸盘中的小齿状突起增加与界面之间的摩擦力，从而附着在海鱼上，以便在海洋中移动，吸盘鱼利用吸盘腹面上的微绒毛可以很好地黏附在海底不同粗糙度的表面。雄性潜水甲鱼前腿上的刚毛具有独特的吸盘状结构和空腔，可以与水下物品表面形成良好黏附作用。这些吸盘类海洋生物通过各自独特的吸盘结构实现水下黏附行为。

2.2. 2 其他吸盘类海洋生物仿生型水凝胶设计策略

受吸盘鱼的启发，研究人员使用三维打印和激光加工技术设计了一种生物机器人胶盘，模拟整个椎间盘和碳纤维棘的结构，实验结果显示，该胶盘的黏附能力在光滑表面上可达到自身重量的340倍，表明其在生物启发的黏附机制方面具有良好的应用潜力。喉盘鱼吸盘腹面突起呈现乳突状、平铺而开，腹面突起之间有狭窄的通道，突起是一种三层结构，由紧密排列的细杆组成( 长径比约为1 ∶ 10，高度为15 μm) ，细杆顶端生长有长约3 μm、直径约0.2 μm 的圆柱形微绒毛，研究人员模仿这种复杂的微结构制造出了不同尺寸的吸盘，其吸附应力范围为20～50 kPa。Beckert 等模仿雄性潜水甲虫结构设计了一种含有水凝胶的微柱塞结构胶粘剂，在水下可以承受75 N/cm2 的载荷，且具有可控的湿黏附力，可以从皮肤中吸收液体以增强附着力并改变颜色以立即指示pH 值，实现对皮肤黏膜的个性化检测。

2.2.3 其他吸盘类海洋生物仿生型水凝胶的应用展望

然而，吸盘类仿生水凝胶的主要粘接机制是通过模拟吸盘的复杂结构与黏附界面形成类真空腔来实现黏附，但是水凝胶的柔软和湿润特性使其难以塑造成与自然生物体中的黏附器官相同的精确微纳米结构，在制备技术上存在障碍。因此，吸盘仿生结构常与其他黏附策略结合使用，以实现口腔敷料的良好湿黏附性。

3. 总结与展望

仿生湿黏附水凝胶通过化学键和特殊机械结构实现水下与组织的强力粘接，具有广阔的口腔敷料应用前景，但目前仍存在粘接材料留存时间不稳定、生物安全性不明确以及难以批量生产等问题。未来研究应整合多功能高分子材料，拓展仿生湿黏附水凝胶的功能和应用。

潜在研究方向包括：①深入探究仿生粘接机制。利用蛋白质组学从分子层面研究藤壶胶和贻贝黏附蛋白的特性与机制，探讨黏附蛋白表达和修饰的关键调控基因，揭示海洋生物黏附蛋白的合成、结构特性及分泌调控机制，为口腔敷料的成分设计提供基础参数。②深化对仿生粘接结构的认识与开发。运用先进的测量技术和成像设备，从微观角度理解海洋生物，如章鱼的“黏附－脱黏附”机制，为口腔敷料的结构设计提供基础参数。③结合其他粘接策略。离子凝胶、多孔羟基磷灰石等材料虽具有良好的湿粘接功能，但也存在性能单一和毒性单体残留等问题。针对不同口腔敷料应用场景，应采取差异化策略制备口腔敷料。

来源：丁淑雯,朱佳玉,赵洁晨,等.仿生湿黏附水凝胶在口腔敷料中的应用研究进展[J].口腔医学,2025,45(09)：701-706.DOI：10.13591/j.cnki.kqyx.2025.09.011.