Американские и турецкие химики стабилизировали полимеры альфа-липоевой кислоты и превратили ее в клей. Клей подходит для хирургического применения — авторы провели эксперименты с заклеиванием плодных оболочек живых мышей. В то же время для растворения клея достаточно слабого щелочного раствора.
Клеев человечеству известно множество: и органических, и неорганических, и полимерных, и природных. А вот суперклей в мире один — с середины прошлого века это название закрепилось за клеями на основе цианоакрилата. В отличие от большинства клеев, которые не работают на влажной поверхности, суперклей, наоборот активируется именно в присутствие воды. Вода запускает реакцию анионной полимеризации цианоакрилата, которая и обеспечивает быстрое склеивание и застывание. Однако, хватает у цианоакрила и недостатков: он токсичен для человека и не поддается переработке. Это ограничивает использование суперклея в медицине.
Турецкие и американские химики под руководством Филиппа Мессершмита (Phillip B. Messersmith) из Калифорнийского университета предложили безопасный аналог суперклея на основе альфа-липоевой кислоты. Альфа-липоевая кислота не токсична для человека, напротив, она является антиоксидантом и используется в витаминных добавках и косметике. Способность альфа-липоевой кислоты полимеризоваться тоже известна ученым уже давно. Главной проблемой оставалась нестабильность полученного полимерного клея.
Дело в том, что альфа-липоевая кислота полимеризуется за счет раскрытия пятичленного цикла с двумя атомами серы. Связь между атомами серы разрывается, после этого каждый атом может образовать связь с атомом серы из соседней молекул. Такие дисульфидные связи вообще очень лабильны, то есть легко рвутся и образуются заново, что это дает некоторым полимерам способность к самозаживлению. Однако, это же свойство дисульфидных связей может приводить и к спонтанной деполимеризации, то есть к разрушению клея. Особенно быстро процесс деполимеризации происходит в водной среде, а иногда полимеризация и вовсе не начиналась, то есть клей не работал на влажных поверхностях.
Чтобы получить стабильный полимер липоевой кислоты, авторы решили добавить стабилизаторы — электрофильные вещества N-гидроксисукцинимид и глицин. Если в системе присутствуют такие фрагменты, атом серы на конце полимерной цепи будет связываться с ними вместо того, чтобы атаковать другой атом серы в середине собственной цепи. Таким образом, вместо разрыва цепи произойдет образование новых боковых связей с соседними цепями. Процесс склеивание будет происходить быстрее, а сам полимер станет прочнее. При этом для полного растворения клея достаточно поместить образцы в щелочной раствор.
Авторы выяснили, что меняя концентрации альфа-липоевой кислоты, стабилизаторов S1 и S2 в исходной смеси, можно управлять не только скоростью полимеризацией, но и агрегатным состоянием будущего клея. Всего они приготовили пять разных составов: одни лучше подходят для пропитки пластыря, какие-то можно наносить в виде спрея.
Чтобы испытать клеящие вещества, Мессершмит и его коллеги сначала заклеили пятимиллиметровую дырку в свином желудке. Пленка клея сразу же застыла на влажной неочищенной поверхности и в дальнейшем успешно выдержала внутреннее давление. Во всех тестах — и на отслаивание, и на сдвиг — новый клей оказался стабильнее, чем медицинский суперклей в таких же условиях. Также клей из альфа-липоевой кислоты смог склеить разрывы плодной оболочки — авторы показали это в эксперименте с живыми беременными мышами. В завершении Мессершмит и его коллеги проверили полученные пленки затвердевшего клея на токсичность — они не были токсичны сами, более того, затрудняли прикрепление болезнетворных бактерий Escherichia coli.
Таким образом, авторы работы стабилизировали полимеры альфа-липоевой кислоты и разработали новое семейство клеящих веществ, потенциально подходящих для медицинского применения. Впрочем, как отметил не участвовавший в исследовании химик Жибин Гуань (Zhibin Guan) в своем комментарии, стабильность нового клея при различных температурах и на свету еще предстоит изучить.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Автор: Наталья Самойлова