在临床手术与创伤急救中，开发一种能在湿润组织表面快速、牢固止血的生物粘合剂一直是重大挑战。现有的蛋白质基粘合剂在潮湿环境下界面粘附力弱、内聚性能不足，难以在出血创面形成稳定密封。尽管自然界中海洋生物（如藤壶、贻贝）的蛋白质粘合剂表现出卓越的湿粘附能力，但其提取困难、结构不稳定，限制了实际应用。普通蛋白质虽含有疏水残基与粘附基团，但其天然折叠结构将这些功能区域包裹在内，无法在界面有效发挥作用。
针对这一难题，浙江大学毛峥伟教授、浙大二院余丽莎研究员合作提出了一种通用的“聚电解质锁定”策略，通过将解折叠的蛋白质与高电荷密度、柔性长链的聚电解质结合，制备出稳定的解折叠蛋白质基粘合剂。该策略不仅能锁定蛋白质表面暴露的疏水区域，还能通过链缠结与静电/氢键作用增强材料内聚性能。以展开的牛血清白蛋白（UBSA）与聚丙烯酸（PAA）为例制备的UBSA-PAA粘合剂，在湿润组织表面表现出超过90°的水接触角，并在肝和股动脉出血模型中，止血速度快、失血量显著低于商用纤维蛋白胶。相关论文以“A Universal Polyelectrolyte-Locking Strategy: From Common Proteins to Stable Unfolded Protein-Based Adhesives for Rapid and Robust Tissue Sealing”为题，发表在
Advanced Materials上。
研究团队通过分子动力学模拟揭示了蛋白质在展开过程中疏水区域的暴露及与聚电解质的强相互作用。图1展示了该粘合剂的设计原理：通过切断蛋白质二硫键使其展开，暴露出内部的疏水与粘附基团，再经聚电解质锁定，防止疏水区域重新埋藏，从而实现稳定的界面疏水性与链缠结增强的内聚网络。图2的模拟结果显示，展开后的UBSA疏水表面面积显著增加，其与PAA之间的氢键数量和结合能也远高于天然蛋白质体系。
图1 稳定展开蛋白质基粘合剂的设计示意图 （A）切断天然蛋白质二硫键暴露疏水与粘附功能基团，形成亚稳态展开蛋白质。 （B）小分子稳定化展开蛋白质示意图：小分子稳定剂扩散至水中引起疏水残基重新埋藏。 （C）聚电解质锁定策略设计稳定展开蛋白质基粘合剂的示意图：柔性聚电解质链通过静电与氢键作用锁定暴露的疏水区域，并与展开蛋白质链形成缠结网络。 （D）粘附与止血机制：粘合剂通过界面疏水性排开血液，并通过链缠结增强内聚，从而在出血组织表面实现快速抗血液冲刷的密封。
图2 通过分子动力学模拟构建稳定展开蛋白质基粘合剂 （A）BSA及UBSA分别与PAA组装的模拟快照。BSA和UBSA标记为红色，与其相互作用并缠结的PAA标记为蓝色。 （B）BSA、UBSA和RBSA的回转半径。 （C）BSA、UBSA和RBSA的相对表面疏水面积。 （D）BSA-PAA和UBSA-PAA的表面疏水残基数量。 （E）BSA-PAA和UBSA-PAA的相对表面疏水面积。 （F）氢键数量、（G）库仑能量、（H）范德华能量及（I）BSA-PAA和UBSA-PAA系统中蛋白质与PAA的总结合能（t = 200 ns）。
在图3所示的实验中，团队证实了TCEP还原成功切断了BSA的二硫键，使其疏水氨基酸暴露；而PAA的加入通过静电与氢键作用稳定了展开构象，使疏水区域得以持续暴露。粘合剂表面水接触角升至91.1°，储能模量也大幅提升，说明其兼具强界面疏水性与优异内聚力。随后的图4中，UBSA-PAA在多种粘附测试中表现突出：其剪切强度、界面韧性、拉伸强度及爆破压力均显著高于对照组，甚至能将大鼠器官牢固粘附并提起。
图3 稳定展开蛋白质基粘合剂的设计与制备 （A）通过Ellman试剂法定量测定BSA和UBSA的硫基数量。 （B）TOF-SIMS表征的BSA和UBSA表面疏水氨基酸相对含量。 （C）TCEP处理的BSA、BSA-PAA和UBSA-PAA的ANS荧光强度，反映疏水残基暴露变化。 （D）RBSA、BSA-PAA和UBSA-PAA在50分钟时的ANS荧光发射光谱。 （E）ITC测定的BSA-PAA和UBSA-PAA的结合亲和常数。 （F）XPS表征的BSA、UBSA、BSA-PAA和UBSA-PAA表面含芳香基团的疏水氨基酸相对含量。 （G）BSA、BSA-PAA和UBSA-PAA的水接触角。 （H）BSA-PAA和UBSA-PAA的储能模量G′。
图4 粘附性能测试 （A）UBSA-PAA粘附大鼠器官的照片。 （B）搭接剪切测试示意图，用于获取（C）力-位移曲线和（D）剪切强度。 （E）T型剥离测试示意图，用于获取（F）力-位移曲线和（G）界面韧性。 （H）拉伸强度测试示意图，用于获取（I）力-位移曲线和（J）拉伸强度。
该策略展现出良好的普适性。如图5所示，不仅限于BSA与PAA的组合，其他蛋白质（如乳铁蛋白、纤维蛋白原）与不同聚电解质（如聚苯乙烯磺酸、γ-聚谷氨酸）配对后，展开蛋白质基粘合剂均表现出优于天然蛋白质体系的疏水性、内聚性与粘附强度。图6的生物学评价进一步显示，UBSA-PAA具有良好的细胞相容性，在大鼠皮下植入后8周内逐渐降解，且引起的炎症反应与商用纤维蛋白胶相当。
图5 聚电解质锁定设计策略的普适性 （A,E）蛋白质与聚电解质之间的平衡结合常数。 （B,F）天然蛋白质基粘合剂与稳定展开蛋白质基粘合剂的水接触角。 （C,G）天然与展开蛋白质基粘合剂的储能模量G′。 （D,H）两者在猪皮上的剪切强度。
图6 展开蛋白质基粘合剂的生物相容性与生物降解性 （A）UBSA-PAA对L929成纤维细胞的细胞毒性。 （B）培养1、3、5天后UBSA-PAA的细胞毒性。 （C）活死染色图像。 （D）大鼠背部皮下植入及分析流程示意图。 （E）植入后不同时间点的植入体照片。 （F）降解率量化。 （G）组织切片H&E染色图像。 （H）免疫荧光图像显示CD68巨噬细胞与CD3 T细胞。 （I）炎症评分。 （J,K）植入后1周和2周CD68与CD3荧光强度定量。
最终，在如图7所示的大鼠肝切口及股动脉出血模型中，UBSA-PAA实现了10秒内快速止血，失血量比纤维蛋白胶减少90%以上。其在湿润组织表面的强疏水性与内部缠结网络共同作用，有效抵抗血液冲刷，形成牢固的机械密封。
图7 大鼠肝切口模型的体内止血密封效果 （A）肝切口损伤示意图。 （B）空白对照、纤维蛋白胶和UBSA-PAA组的止血过程图像。 （C）达到止血的时间。 （D）失血量统计。 （E）止血后0周和2周的组织切片H&E图像。 （F）止血后2周的免疫荧光图像。 （G）CD68和CD3荧光强度定量分析。
本研究通过一种通用的聚电解质锁定策略，成功将普通蛋白质转化为具有优异湿粘附与止血功能的生物材料。该策略不仅解决了展开蛋白质疏水区域不稳定的难题，还通过分子缠结增强了材料的内聚强度。实验证明，UBSA-PAA粘合剂在多类组织表面均具有强大且持久的粘附力，并在严重出血模型中表现出超越商用产品的快速止血能力。该工作为开发新一代仿生蛋白质基粘合剂提供了可推广的分子设计框架，有望在急诊止血、外科密封等领域发挥重要临床作用。
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