Fast, strong, and reversible adhesives with dynamic covalent bonds for potential use in wound dressing

胶粘剂 共价键 材料科学 粘附 复合材料 抗剪强度(土壤) 高分子化学 图层(电子) 化学 有机化学 环境科学 土壤科学 土壤水分
作者
Mingtao Chen,Yue Wu,Baohong Chen,Alexander M. Tucker,Anand Jagota,Shu Yang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:119 (29): e2203074119-e2203074119 被引量:138
标识
DOI:10.1073/pnas.2203074119
摘要

Adhesives typically fall into two categories: those that have high but irreversible adhesion strength due to the formation of covalent bonds at the interface and are slow to deploy, and others that are fast to deploy and the adhesion is reversible but weak in strength due to formation of noncovalent bonds. Synergizing the advantages from both categories remains challenging but pivotal for the development of the next generation of wound dressing adhesives. Here, we report a fast and reversible adhesive consisting of dynamic boronic ester covalent bonds, formed between poly(vinyl alcohol) (PVA) and boric acid (BA) for potential use as a wound dressing adhesive. Mechanical testing shows that the adhesive film has strength in shear of 61 N/cm 2 and transcutaneous adhesive strength of 511 N/cm 2 , generated within 2 min of application. Yet the film can be effortlessly debonded when exposed to excess water. The mechanical properties of PVA/BA adhesives are tunable by varying the cross-linking density. Within seconds of activation by water, the surface boronic ester bonds in the PVA/BA film undergo fast debonding and instant softening, leading to conformal contact with the adherends and reformation of the boronic ester bonds at the interface. Meanwhile, the bulk film remains dehydrated to offer efficient load transmission, which is important to achieve strong adhesion without delamination at the interface. Whether the substrate surface is smooth (e.g., glass) or rough (e.g., hairy mouse skin), PVA/BA adhesives demonstrate superior adhesion compared to the most widely used topical skin adhesive in clinical medicine, Dermabond.
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