在医疗手术领域，缝合线作为伤口闭合和恢复的必备材料，其性能直接影响手术的成败和患者的康复。然而，现有缝合线在机械强度、生物兼容性以及可视化方面存在局限，特别是在复杂解剖区域，如多毛或深色皮肤，以及微创手术部位，对缝合线的精准定位和可视化提出了更高要求。

鉴于此，受到蜘蛛丝的卓越机械性能和水母荧光特性的启发，南开大学刘遵峰、王蔚、中国药科大学周湘等研究人员成功开发了一种新型荧光人工蜘蛛丝。这种材料不仅具备优异的机械强度和韧性，还拥有良好的生物兼容性和持久的荧光特性，为手术缝合提供了全新的解决方案。

主要创新点

传统的缝合线在特定手术环境下，如在体毛浓密或肤色较深的区域，其可视化难度较大，增加了手术风险。此外，现有缝合线在机械性能和生物兼容性方面也存在不足，限制了它们在复杂手术中的应用。而新型人工蜘蛛丝通过聚合诱导发光机制，实现了无需传统荧光团即可发出持久荧光的特性。借鉴蜘蛛丝的分子结构，通过分子设计和工艺优化，显著提升了纤维的机械强度和韧性。采用生物相容性材料进行涂层，增强了纤维的生物兼容性，减少了体内植入时可能引起的不良反应。

主要技术内容

通过共聚高度水合的AMPS段和含有多个-OH基团的多氢键段，制备了具有良好可纺性和机械性能的纤维。通过在凝胶状态下插入捻度，同时增强了纤维的强度、韧性和荧光，即研究人员通过分子链的共价交联、金属离子配位、纤维加捻和热退火进一步提高了机械性能，导致断裂强度为 1017 MPa，断裂应变为 24%，韧性为 270 MJ m⁻³，冲击阻尼能力为 90%。采用生物相容性材料对纤维进行涂层，形成了具有增强机械性能和耐水性的“鞘-芯”结构。

小结

综上所述，受天然蜘蛛丝和水母发光的启发，研究人员通过共聚高亲水性的 AMPS 片段和含有多个氢键（HAM、DHAM和 THAM）的片段，制备了一种具有分级结构的荧光人造蜘蛛丝。用生物相容性鞘层（例如 PLA）涂覆这些纤维可增强其防水性。这些纤维表现出优异的机械性能、细胞相容性和荧光特性，使其适合用作荧光手术缝合线。通过共聚亲水和氢键片段精心设计这些纤维，确保了良好的可纺性、机械强度和稳定的荧光。

人造蜘蛛丝中磺酸基的聚集诱导荧光为开发适用于外科和诊断生物医学应用的固有荧光和坚固纤维提供了一种新方法。这种平衡亲水性和分子相互作用强度的策略为直接纺出用于耐用纺织品、聚合物复合材料、多功能纤维和智能设备的智能坚固纤维提供了良好的前景。这项研究为外科手术工具、可穿戴和植入式设备、发光传感和信号、软机器人和柔性智能设备的进步开辟了新途径。

参考文献：

K. Wen, C. Zhang, G. Zhang, M. Wang, G. Mei, Z. Zhang, W. Zhao, W. Guo, Q. Zhou, E. Liu, Y. Zhu, J. Bai, M. Zhu, W. Wang, Z. Liu, X. Zhou, Jellyfish-Inspired Artificial Spider Silk for Luminous Surgical Sutures. Adv. Mater. 2024, 2314158.

https://doi.org/10.1002/adma.202314158