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秒级固化,高度强韧,这款由上海交大教授团队研发的伤口修复水凝胶获批创新医疗器械

季嘉颖 2023-08-30 08:00

瓴就医疗
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生物材料专利技术研究商 | A轮 | 运营中
中国-上海
2023-05-08
融资金额:数千万人民币
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近日,一篇刊登在Nature Materials上的论文引起了材料界的轰动。

 

该论文由上海交通大学林秋宁研究员/朱麟勇教授课题组发表。论文中提出一种全新的、广泛适用的水凝胶交联技术。基于该技术,常规的水溶性高分子仅需数秒光照即可形成既强又韧的水凝胶材料,几乎颠覆了现有水凝胶材料的机械性能与制备工艺。


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图源:Nature Materials

 

Nature Materials在2022-2023年的影响因子为47.656,是材料及其相关领域的顶级学术期刊。朱麟勇教授团队所研发的高强韧水凝胶材料有何创新突破能获Nature Materials的收录?相较于现有强韧水凝胶技术,团队的创新技术又提升了水凝胶的哪些性能?该材料对于生物医学领域又有何临床意义与市场价值呢?

 

带着诸多疑问,动脉网采访到了朱麟勇教授,与其就水凝胶技术的发展和创新,以及临床应用等问题展开对话。

 

上海交大特聘教授下海创业,用原创“光偶联技术”为医学赋能

 

材料科学是集物理学、化学、冶金学等于一体的科学。而朱麟勇教授其实在早期一直是在化学领域深耕,更不要说涉足同样壁垒重重的材料学和生物医学领域。

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上海交通大学生物医学工程学院朱麟勇教授

受访者供图

 

1991年,朱麟勇就读于北京师范大学的化学系,毕业后同年他进入中科院的感光化学研究所开始硕博连读的科研生活,并在取得博士学位后顺利留院,在中科院的理化技术研究所工作。

 

除了国内顶尖科研院所的学习和工作经验,2003年朱麟勇赴美深造,学习国外光化学领域的领先经验,先后曾在美国华盛顿州立大学和加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究工作,师从美国科学院院士、世界著名光化学家Marye Anne Fox。

 

相较于在有机化学领域的学习和工作经验,如今朱麟勇从事的研究领域和工作可谓是“跨界”,但也是为何朱麟勇教授团队能成功研发出高强高韧水凝胶材料,并能将其应用于生物医学领域的重要原因之一。

 

朱麟勇现在担任上海交通大学生物医学工程学院的特聘教授和博士生导师、上海市“东方学者”特聘教授。上海交大的生物医学工程学院依托交大优质的工程学和医学临床资源,并以“医工交叉、国际化、创新转化”为特色。

 

基于该校的医工平台,以及朱麟勇教授多年来与不同科室医生的频繁交流,对大量临床手术的现场观摩学习。拥有多学科、多领域知识及经验的朱麟勇教授,将临床治疗和水凝胶技术研究连接起来,实现了“从实验室到临床”以及“从临床到实验室”的双向转化。

 

机械性能可控可调的高强韧水凝胶,固化仅需几秒

 

水凝胶是由亲水的聚合物链在水中发生交联后形成,制备方法有很多,如静电作用、共价化学键交联等。采用适宜材料和方法制备的水凝胶可用于创伤敷料、药物缓释、软组织修复及替代、组织工程和生物传感器等多个领域。

 

但“水”能载舟,亦能覆舟。常规水凝胶交联松散,缺乏强度,容易发生永久性断裂,难以应用于长寿命、高负载等要求的实际应用领域。

 

因此全球相关领域的科学家都在如何提高水凝胶的机械性能上倾注了大量精力。虽然现阶段各国研究者均取得了一定成果,但是依然很难在较短时间内,以较简单的工艺批量制备“强韧兼具”的水凝胶材料。

 

对此,经过多年的潜心研究和论证下,化学家出身的朱麟勇教授携团队提出了“光偶联反应”凝胶技术,并将该技术应用于生物医学等多个领域。该技术制备的水凝胶材料主要具有以下三点创新优势:

 

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“轻而易举”的水凝胶制备流程,仅需数秒光照


分散在水溶液介质中的聚合物链通过特定机理发生交联后,形成水凝胶。水凝胶的制备原理是决定其性质和应用的重要因素。对此,朱麟勇教授团队通过历时近十年的技术优化,提出了“光偶联反应”凝胶技术。


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“光偶联反应”凝胶技术

受访者供图

 

在基于“光偶联反应”的水凝胶制备工艺中,无需人为精心设计或小心调控,仅需数秒光照即可自发形成高强韧水凝胶。该技术的“易用”优势不仅解决了传统高强度水凝胶制备工艺复杂的关键问题,还突破水凝胶临床转化的技术壁垒,有利于该技术产品的批量化生产与推广。

 

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既强(15.3MPa)又韧(138 MJ m−3)的水凝胶材料


除了“易用”的制备工艺外,朱麟勇教授团队还通过改变原材料配比来调节水凝胶的力学性能。当配比变化时,该水凝胶的最高韧性为138.0MJ m-3,能够拉伸屈服至原始长度的28倍,性能可与高强度钢、尼龙、合成橡胶比肩。当再次改变配比时,该水凝胶的最大强度可达15.3MPa,优于现有强韧水凝胶材料。


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强度和韧性对比

受访者供图

 

最重要的是,无论哪种配比下,基于“光偶联反应”的水凝胶材料都能克服传统水凝胶材料“软而弱”或“硬而脆”的强韧互斥矛盾,兼顾强度与韧性性能。此外,该材料具有行业领先的回弹性与耐疲劳性,能够循环拉伸超过十万次,甚至某些极限情况下可承受数百万次的拉伸。

 

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优异的湿性组织粘附力(120kPa),可粘附在口腔等潮湿组织


含水率高使水凝胶柔软、湿润且具有极高的生物相容性和生物降解性,但与之呼应的是水凝胶无法与潮湿、动态的组织表面粘附,因此也就无法应用于人体口腔、腔道、出血或者渗液部位的软组织等。

 

对此,“光偶联反应”能与组织表面氨基共价键合,解决了水凝胶材料无法在潮湿组织表面粘附的难题,最高粘附力可达120kPa,是典型止血剂纤维蛋白原胶的4-5倍。

 

获批创新医疗器械,啃下难愈性伤口护理的“硬骨头”

 

8月,朱麟勇教授团队除了论文获国际顶刊收录外,其技术临床转化所依托的医疗科技公司——上海瓴就医疗科技有限公司(以下简称:瓴就医疗)也传来喜讯。

 

8月23日,国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心(CMDE)对外公示,中山光禾医疗科技有限公司(瓴就医疗子公司)的自研产品-光固化创面封闭胶已进入CMDE创新医疗器械特别审查程序。

 

朱麟勇教授是瓴就医疗的创始人兼首席科学家。瓴就医疗创始于2021年,目前已完成数千万元的A轮融资。

 

此次获批“绿色通道”不仅表明该自研产品在技术上属于国内首创,在国际领先,具有显著临床应用价值,而且未来在注册申报时,NMPA还将对该产品进行优先的技术评审和行政审批,产品的注册检验和获批上市进程将大幅加快。

 

据QYResearch数据,2020年全球高端敷料市场规模达到了58.46亿美元,预计2027年将达到72.30亿美元,年复合增长率为2.47%。其中,中国市场预计将由2020年的4.14亿美元增长到2027年的5.78亿美元,年复合增长率为4.263%。

 

面对快速增长的中国高端敷料市场以及考虑到国内的监管政策,朱麟勇教授选择首先在医用光敏生物胶领域进行产品布局。目前公司已针对软组织创面的封闭、止血与修复,定型了两款产品,分别完成了工程化、安全性验证、注册检验以及多中心临床试验。

 

第一款,光固化皮肤粘合剂可用于皮肤切口的粘接与固定。相较于市场上的氰基丙烯酸酯胶,该产品友好、安全,可防止不良事件的发生;此外,基于该产品良好的韧性、粘附性和弹性,能对伤口处皮肤进行精准的原位对合,降低创缘张力,从而减少瘢痕形成。

 

同时,朱麟勇教授格外关注于那些未被满足的临床需求,如肛周、外阴等不规则部位或深浅不一、外缘不规整的创面亟需一款能快速封闭、有效粘附、止血吸液并能加快愈合、减少患者痛苦的产品。

 

第二款,光固化创面封闭胶便是针对不规则部位或不规整创面进行封闭与促修复的产品。该产品已完成几百例的临床试验,经证实能牢固粘附在潮湿创面上,有效镇痛,同时还能大幅降低换药频次,使创面得愈合时间缩短近一半。

 

下一步,基于良好的生物相容性、无免疫原性和理化性质可调节等优势,该项水凝胶专利技术还将用于导管、支架等微植入器械,如通过水凝胶涂层或复合材料,改善植入物的亲水性以及降低患者的免疫反应。

 

未来,这项技术还可通过光投影3D打印技术,应用于原本无法加工的高精密、复杂水凝胶器件,如支架、血管等组织工程与再生医学新材料的加工制造,打印精度可达2μm。

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受访者供图

 

朱麟勇教授团队就“光偶联反应”原位凝胶技术进行了完整的知识产权布局,从原料、制备、配方、产品及其临床应用进行全面保护。

 

截至目前,团队已就该原创技术申请中国、PCT、美国、欧洲和日本等发明专利20项,已授权中国发明专利10项、美国发明专利3项、日本发明专利1项。这也为瓴就医疗未来的全球化战略布局奠定了基础。

 

采访的最后,朱麟勇教授谈到,“‘光偶联技术’作为一项平台型技术,未来有望开发更多材料应用于更多复杂的临床场景。就像瓴就医疗的名字一样,‘瓴’指装水的瓶子,‘就’指成就。通过‘光偶联技术’平台这个‘瓶子’,瓴就医疗将持续塑造创新文化,目标成为国内乃至国际水凝胶领域的标杆企业,推动中国原始创新!”

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注:文中如果涉及企业数据,均由受访者向分析师提供并确认。
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