半月板损伤是由急性运动创伤或与年龄相关的退行性变化引起的膝关节最常见的损伤之一1,2.半月板撕裂通常是由于半月板内三分之一（白白色区域）的血液供应不足而无法愈合的3,4.撕裂不及时治疗，会导致膝关节应力分布异常、关节不稳定、软骨退化，最终导致进行性骨关节炎5.半月板撕裂术是半月板撕裂最常见的手术治疗方法，但只能缓解暂时的疼痛，使膝关节失去对半月板结构不完全的保护，这可能会加速膝关节退行性变6.缝合或缝合半月板手术修复仅适用于小部分半月板撕裂，成功率不尽如人意7.无法闭合损伤部位的手术方法将导致半月板撕裂的愈合无效。因此，迫切需要一种新的半月板撕裂修复策略。

组织粘合剂因其易于使用、反应迅速、组织损伤最小以及粘附在不规则生物组织上的能力而获得了相当大的关注，作为传统外科缝合线和订书钉的有前途的替代品8,9,10.商业化组织胶粘剂在皮肤伤口修复和止血领域已被广泛接受，显示出良好的临床疗效11.然而，用于半月板撕裂修复的组织粘合剂在没有缝合线帮助的情况下尚未报道，主要是由于其复杂的机械负荷条件和关节的炎症微环境12.与用于皮肤、肺、胃肠道或心血管组织软组织的组织胶粘剂不同，用于半月板状硬组织的胶粘剂的设计必然集成了令人满意的粘合强度、强大的机械性能以及长期再生功能13,14.

从蚕茧中提取的丝素蛋白（SF）是一种典型的天然生物大分子，具有形成β片的有利特性，如优异的机械性能和良好的生物相容性，使其成为一种很有前途的材料，以水凝胶和支架的形式用于广泛的领域15.SF还具有丰富的官能团，可以通过化学反应进行修饰，基于这些官能团，可以合成甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）修饰的丝素蛋白（SFMA）形成可光固化的水凝胶，并且SFMA基材料也已被开发出来，用于无疤痕的皮肤修复和软骨表面再生16,17.然而，用于修复半月板撕裂的SFMA基水凝胶粘合剂的附着力和力学性能需要进一步加强。近年来，离子液体因其优异的热稳定性、高导电性和低熔点而受到广泛关注18,19.更重要的是，离子液体的化学结构可以通过改变阳离子或阴离子的类型来调整，以获得具有不同化学、物理和生物性质的定制离子液体，提供广泛的应用，包括作为生物溶剂、药物递送载体和修复皮肤组织损伤20.鉴于这些特性，与能够设计生物粘合剂组合的定制离子液体结合将能够满足上述针对半月板撕裂管理的硬组织的要求。

在这项工作中，我们制备了一种水凝胶粘合剂S-PIL10，它涉及SFMA，苯硼酸离子液体（PIL）和生长因子TGF-β1，具有暂时凝固的特性，可以桥接半月板撕裂并加速自我再生（图1）。1）. 通过筛选我们自己的合成PIL的变体浓度，关键的进展是通过超分子聚合物网络显着增强了丰富的β片结构和氢键的形成，从而使粘合剂产品S-PIL10具有理想的机械性能。细胞因子TGF-β1的持续释放上调半月板相关基因表达，S-PIL10自身清除ROS以改善病理微环境，最大限度地提高半月板再生。最后，通过体内兔子模型对这种综合疗效进行预后评估，以证明在不观察关节磨损的情况下进行有效的半月板重建。我们设想这种粘合剂可能是一种有前途的产品，作为半月板撕裂修复管理的一部分，实现临床应用。

S-PIL前驱体和粘合剂的合成、制备和表征

为了将优异的粘合力、抗溶胀性和坚韧的力学性能集成到水凝胶胶粘剂中，本研究提出了一种独特的设计和材料组成。SFMA是从先前研究的丝素蛋白中甲基化的21，通过4-（溴甲基）苯硼酸与1-乙烯基咪唑的烷基化反应合成了PIL，22（图。2A）.定制PIL的结构具有三个特征：（1）咪唑阳离子中的乙烯基作为与SFMA共聚的单体;（2）咪唑盐的结构产生氢键，促进丝素蛋白β片结构的形成;（3）苯硼酸基团与丝链中的羟基反应，主要来自酪氨酸和丝氨酸，在网络中形成动态硼酸酯键23.如图所示。图2B和补充图2B。1A–C，SFMA和PIL的设计化学结构由以下方法验证1H核磁共振（1H NMR）和傅里叶变换红外（FTIR）。它们的典型峰与其化学结构和官能团一致，代表甲基丙烯酸酯乙烯基信号的SFMA光谱中δ = 6.0 ppm和5.6 ppm24.为了构建弯月面粘合剂，这些合成的S-PIL前体的含量和比例列在补充表1中，这些粘合剂根据PIL的剂量被命名为S-Gel、S-PIL5、S-PIL10和S-PIL15。然后将SFMA和PIL混合并在紫外光下照射，通过光引发的自由基聚合，在5 s内凝固弯月面粘合剂（图1）。接下来通过流变测试和紫外线照射（405 nm，30 mW/cm）进行验证2），胶粘剂的储存模量（G′）迅速增加，并与损失模量（G“）相交，表明水凝胶的瞬间形成，有利于原位修复半月板撕裂（图1）。此外，PIL的加入对不同水凝胶胶粘剂的凝胶时间没有显著影响（补充图1）。有趣的是，水凝胶胶粘剂中PIL含量的增加导致G′值从35.10 kPa增加到95.81 kPa，这可能归因于SFMA和PIL分子之间的相互作用以及水凝胶网络中聚合物链运动的抑制25.为了研究这些多重相互作用，X射线光电子能谱（XPS）的结果如图1所示。图2E和补充表2显示B1的摩尔百分比增加了2.38%，表明PIL被纳入SFMA水凝胶网络。在S-PIL10的高分辨率XPS光谱中（图1）。2F，补充图。3A，B），观察到B-OH、B-O-C、B-C和C=N的新信号，表明SFMA上的羟基与PIL的苯硼酸基团之间存在动态相互作用 26.此外，水凝胶粘合剂的FTIR结果如图所示。图2G和补充图2。1D，吸收峰在1621 cm−1对应于β片结构。从酰胺I条带计算二级结构含量，加入PIL后，β片的摩尔比从18%增加到43%（图1）。图2H，补充图。4A-C）。图2I显示了SFMA和PIL之间的解剖网络，包括SFMA和PIL之间的这些相互作用（前面提到的共价键和丰富的氢键），以及许多β片结构的形成，这些结构可以归因于PIL对丝素蛋白的Hoffmeister效应27,28.此外，SEM图像（图1）。图2J和补充图2J。5）可视化了这些水凝胶粘合剂中的微孔结构，为细胞生长和营养交换提供了有利的空间29.随着PIL量的增加，孔径变小（从52.53μm变为32.59 μm）。6，这可以解释为更多的PIL与SFMA有更多的相互作用，并形成更多的二级结构和网络。能量色散光谱（EDS）映射确定了合成水凝胶粘合剂中B元素的存在，进一步证实了S-PIL水凝胶的成功构建。

S-PIL系列的粘接性能和机械性能

基于这些经验证的SFMA和我们量身定制的PIL之间的多重相互作用，可以提出粘合强度和力学性能的放大。因此，我们根据图中提出的改良搭接剪切强度试验（ASTM F2255）对粘合性能进行了实验评估。3A.制备半月板组织切片，通过合成的半月板粘合剂粘附，添加PIL后，所得粘合剂剪切强度从27.89 kPa增加到113.37 kPa（图1）。3B）. 强度性能的标准测试方法（ASTM F2255：拉伸载荷下组织粘合剂在搭接剪切中强度性能的标准测试方法和 F2258：拉伸下组织粘合剂强度性能的标准测试方法）进行了进一步执行。S-PIL10的粘接剪切强度和拉伸强度分别为181.81和170.62 kPa（补充图181.81和170.62 kPa）。7A、B），分别比常用的纤维蛋白大约7倍和8倍（补充图1）。8A），弯月面粘合剂的剪切附着力甚至可以举起一个水桶（å 5 kg）（补充电影。另外两种离子液体（1-乙基-3-甲基咪唑溴化物和1-乙烯基-3-乙基咪唑溴化物，名为IL1和IL2）在添加到SFMA水凝胶中时，同样增强了粘合剂的剪切强度（补充图1）。8B-D），但最终的粘附能力仍低于S-PIL10，凸显了定制PIL的优越性，这可能是由于与PIL相比，IL1不具有乙烯基，IL2不具有苯硼酸基团，因此它们与SFMA的相互作用较少。此外，抗肿胀特性对于确保长时间紧密粘附在撕裂的半月板组织上至关重要。如图所示。3C，S-PIL10在14天后保持其原有的形状和体积，而S-Gel仅在4小时后出现明显的肿胀。相应地，溶胀比从2.911（S-Gel）下降到1.02（S-PIL10）（图10）。3D）. 与其他报道的组织胶粘剂相比票价：30,31,32,33,34,35,36，我们的弯月面胶粘剂S-PIL10具有优异的剪切胶粘剂强度和持久的抗溶胀性能（图1）。这些优异的性能可归因于聚合物网络中的多种相互作用，增强了抗溶胀的机械性能。此外，管网中的β片结构和PIL具有疏水性，有助于抵抗吸水性。此外，研究表明，聚合物网络的孔隙越密集、越小，水凝胶的抗溶胀性能就越高（补充图）。6)37.通常，其他材料，如GelMA和PEGDA，由于掺入了PIL（补充图）。9 和10）。值得注意的是，HAMA水凝胶的抗溶肿性能得到显著改善，进一步验证了定制PIL的优越性。然后，制备水凝胶粘合剂的应力-应变曲线支持最大应力，压缩模量随着PIL的引入而增加（补充图1）。11）. 为了评估粘合剂在半月板生物物理环境中的功能，进行了 1000 次循环加载测试，水凝胶的形状或机械强度没有明显变化（图 11）。3F），展示了其强大的抗疲劳性和体力稳定性38.随着压缩循环次数的增加，S-PIL10的能量耗散也有所下降（补充图1）。12），类似于弯月面及其衍生材料。当撕裂的半月板被S-PIL10粘附时，它可以举起一个超过1公斤的瓶子（补充图1）。13）并在扭曲和水冲洗条件下保持牢固的附着力（图1）。3G）. 我们还将粘附的半月板暴露在生物力学力下以模拟膝关节内的负荷条件，并且没有显示出显着变化（补充电影。2）.胶粘剂能够承受高达80 N的生物力学力，满足新西兰白兔的实验要求（图1）。扫描电镜图像显示，S-PIL10与半月板组织结合良好，显示出光固化水凝胶与半月板之间的机械互锁效应。此外，S-PIL10在径向或纵向撕裂的半月板上的粘附在60天后仍然稳定（图1）。基于上述优异性能，该速溶式强韧水凝胶胶粘剂可用于半月板撕裂的后续修复。

半月板粘合剂的生物相容性和离体治疗

评估了生物相容性，以确保半月板粘合剂的安全性。如图所示。4 A-C，兔半月板细胞保持良好的细胞活力和表观增殖与S-PIL系列共培养。在第 7 天，24 孔板中的每个孔都过度散布兔半月板细胞。同样，L929成纤维细胞在S-PIL系列表面也表现出高细胞活力（>95%）（补充图1）。然而，S-PIL15对兔半月板细胞的增殖有轻微的抑制作用，因为PIL本身可能对细胞不是很友好，并且随着浓度的增加，S-PIL系列会对细胞产生负面影响。在水凝胶胶粘剂中加入PIL并在聚合物网络中产生一定的相互作用，以防止PIL泄漏，具有良好的生物相容性。综合上述结果，S-PIL10被认为是具有优异力学和细胞相容性的平衡制剂，并在以下半月板粘合剂研究中进行了最佳选择。此外，皮下注射半月板粘合剂的体内生物相容性和降解试验（补充图1）。15A）.丝素蛋白是一种众所周知的生物材料，免疫原性低，S-Gel组和S-PIL10组的炎症反应几乎没有显著差异。第一周在植入物周围观察到炎症细胞，并随着时间的推移逐渐消失（补充图）。15B），急性炎症消失，慢性炎症几乎看不见，表明水凝胶胶粘剂及其降解产物具有良好的生物相容性。S-PIL10的形貌呈轻度降解，但S-Gel的重量在8周内发生显著变化（补充图1）。15C）.S-Gel在第3天达到最大尺寸时首先出现明显肿胀，然后在8周内缩小，S-PIL10体内质量在开始时略有增加，可能是由于含水量升高所致，与之前的肿胀结果一致。随后，S-Gel和S-PIL10的质量减少，可能是由于水凝胶粘合剂的轻微降解。在S-Gel和S-PIL10的降解过程中，水凝胶的溶胀行为不容忽视。与S-PIL10相比，S-Gel在聚合物网络中含有更多的体液，这有助于S-Gel的剩余质量更高，并且S-PIL10由于其优异的抗溶胀性能而使剩余质量更轻，水更少。这些因素共同导致了两种水凝胶之间观察到的降解过程差异。值得注意的是，S-PIL10 在第 2 周的结构破裂，大量细胞在水凝胶间隙之间增殖，表明 S-PIL10 具有理想的生物相容性和修复潜力（补充图 1）。15C）。

优异的机械性能和生物相容性使粘附在撕裂的半月板上保持稳定，同时将生长因子或细胞因子配制到水凝胶中，进一步促进组织自我再生。根据半月板再生相关研究对半月板细胞的促进作用筛选从半月板再生相关研究中选择的多种生长因子（补充图）。16）.阿尔新蓝染色和免疫荧光染色证明转化生长因子-β1（TGF-β1）和TGF-β3对半月板细胞增殖和拼贴分泌具有显著的促进作用。在之前的研究中，TGF-β3 已被广泛报道可以延缓半月板的变性39,40，而TGF-β1在半月板上的功能仍然未知，这让我们对此深感兴趣41.为此，将TGF-β1纳入S-PIL10组合物中以制造半月面粘合剂。如图所示。与纯S-PIL10组（如SOX9、Col2a1和ACAN）相比，4D、E、TGF-β1负载的S-PIL10显著增强了半月板细胞中半月板相关基因的表达。半月板撕裂的长期愈合过程很常见，因此TGF-β1连续释放数月是有利的。负载TGF-β1的S-Gel和S-PIL10的释放曲线显示持续释放超过8周（图1）。4F）由于TGF-β1与这些聚合物网络之间的非共价相互作用。此外，由于添加了PIL，TGF-β1在S-PIL10中的释放性能比S-Gel中的释放性能更慢，这可以通过S-PIL10的抗溶胀能力和与S-Gel相比更小的孔径来解释。这些结果与上述理化表征一致，表明TGF-β1负载的S-PIL10有利于体内修复和预后。炎症是半月板撕裂的自然反应，如果不及时治疗，会阻碍修复过程。所设计的半月板胶粘剂理想地具有抗氧化能力，可实现炎症控制42,43.通过1,1-二苯基-2-三硝基肼（DPPH）和2-苯基-4,4,5,5-四甲基咪唑啉-3-氧化物-1-氧基（PITO）测定抗氧化活性。如图所示。4G、S-PIL10对不同自由基的清除能力优于S-Gel，这可归因于定制PIL和SFMA的动态硼酸酯键44.为了进一步证实水凝胶在细胞水平上的抗氧化活性，通过DCFH-DA试剂盒评估了通过清除ROS制备的水凝胶的细胞保护效率。如补充图所示。17和18中，S-PIL10组的绿色荧光最弱，细胞内ROS水平最低，表明S-PIL10具有突出的ROS清除活性，可以保护细胞在体外免受氧化损伤。总的来说，TGF-β1负载的S-PIL10在半月板修复方面表现出全面的生物学功能。

S-PIL10在体内多种半月板撕裂中的应用

在各种类型的半月板撕裂中，由于该区域缺乏血流，白白色区域的桡骨撕裂是最具挑战性的一种4,45.制备的S-PIL10通常应用于径向撕裂，整个实验程序包括创建半月板撕裂模型和原位粘合操作如图所示。5A.内侧半月板撕裂模型穿透，对照组未接受治疗。8周后，采集半月板进行观察和组织学检查。如图所示。图5B，兔半月板的宏观视图显示，S-PIL10+GF组没有明显的撕裂，但在其他实验组中仍可以看到明显的裂隙。半月板的H&E染色和免疫荧光染色呈现相同的结果（图1）。5C）.对照组半月板撕裂无法自愈，残留明显大撕裂。S-PIL10+GF组成功修复半月板桡骨撕裂，而S-PIL10组和S-Gel+GF组均表现出部分愈合，撕裂尺寸更小，证明了我们设计的半月板胶粘剂的优越性。此外，根据组织学染色的统计结果，S-PIL10+GF组的撕裂面积最小（补充图1）。这些结果可以解释为：（1）S-PIL10的强粘附性能可以紧密粘附半月板撕裂，而S-Gel本身的粘合强度不足无法长时间保持，这验证了弯月板粘接剂力学性能的重要性;（2）TGF-β1的添加可以促进白白区半月板撕裂的再生，这对半月板修复也至关重要。

众所周知，半月板撕裂修复的目的是防止软骨变性和骨关节炎，因此关节软骨的检查在修复过程中很重要46.如图所示。5D和补充图。19B，对照组8周后股骨髁（FCs）和胫骨平台（TPs）部位半月板撕裂导致局部磨损，而S-PIL10+GF组的FCs和TPs几乎没有骨软骨损伤的迹象，国际骨关节炎研究学会（OARSI）评分最低（补充图）。19C），表明骨软骨保护作用突出47.最后，纵向撕裂是半月板撕裂的另一种常见类型48.同样，S-PIL10+GF在纵向撕裂模型中表现出可重复的优异性能，表明其适用于各种半月板撕裂（补充图1）。综上所述，S-PIL10半月板胶粘剂可以显著修复半月板撕裂，保护软骨免受磨损。

半月板在膝关节中起着独特的作用，能够传递负载、稳定性和润滑49.不幸的是，半月板撕裂在日常生活中很常见，并且由于应力负荷环境及其成分的异质分布，特别是（白白区）没有血管，修复具有挑战性50.这项工作的主要目的在于半月板撕裂治疗的革命性策略，旨在验证半月板粘合剂的概念是否可行，并提供一种新的临床方法，可以修复当前治疗无效的各种类型的半月板撕裂。例如，部分或全部半月板切除术和缝合缺损闭合术具有不可忽视的缺点，限制了其应用的成功率，前者会减少力面积，给软骨带来更大的负荷，而后者则无法从再生点修复白白区半月板1.此外，报告的半月板支架，如 Menaflex 胶原半月板植入物和 Actifit 支架被用于替代撕裂的半月板，并显示出不令人满意的结果，尤其是在没有观察到它们的长期有效性的情况下51.最近，Wang和他的团队使用脉冲电磁场来增强小动物模型中半月板撕裂的愈合，而没有在中型或大型动物模型中验证可重复的治疗方法52.因此，组织粘合剂表明了一种高度临床的治疗方法来修复半月板撕裂，因为该策略挽救了半月板以保持天然半月板组织的完整性，并确保撕裂的半月板组织紧密粘附，直到完全愈合。1995年，氰基丙烯酸酯（502胶的主要成分）基粘合剂首次用于半月板撕裂的修复。虽然体外实验显示出良好的性能，但由于其细胞毒性和严重的炎症反应，这种胶水不能用于体内半月板修复53.然后，纤维蛋白（一种天然聚合物材料）被用于修复半月板撕裂。然而，纤维蛋白的机械性能较弱，粘附能力较低，导致半月板撕裂的修复较差54.此外，基于三甲基乙烯基（TMC）的嵌段共聚物生物粘合剂也用于修复半月板撕裂。这种水凝胶胶的强度比纤维蛋白胶更强，弹性模量也达到了天然半月面的水平55，但生物相容性仍需解决。实际上，这些报道的粘合剂是用于体外粘附半月板撕裂的，由于修复困难和对力学的需求，很少有使用水凝胶粘合剂在没有缝合线帮助的情况下在体内成功修复半月板撕裂的案例7,56.在目前的工作中，我们的目标是开发一种基于SFMA、PIL和TGF-β1的即时坚固的水凝胶粘合剂，以实现半月板撕裂的密封重建。

在第一部分中，我们重点介绍了增强弯月面胶粘剂S-PIL10的机械性能。在这些性能中，粘接性能在半月板修复中最为显著，主要从两个方面得到改善。一方面，制备了一种原位光固化的瞬时S-PIL10，填补了撕裂的半月板组织之间的间隙，形成了机械互锁，提高了界面粘附性57.实际上，非共价相互作用在实现快速界面键合和有助于粘附稳定性方面发挥着重要作用58.S-PIL10由于其各种活性官能团，可以在组织粘附中提供非共价相互作用，包括静电相互作用和氢键。另一方面，通过选择坚固的丝素蛋白和设计量身定制的离子液体，水凝胶胶粘剂本身得到了加强59.独特的离子液体通过多种相互作用与SFMA反应，包括与乙烯基共聚，通过与羟基反应的苯硼酸基团产生动态硼酸键，以及通过PIL对丝素蛋白的霍夫迈斯特效应产生氢键并形成许多β片结构60.这些相互作用显著增强了S-PIL10的粘合性能。与顶级期刊上报道的其他组织胶粘剂相比，我们的弯月面胶粘剂S-PIL10表现出优异的粘合性能32,34,61.此外，这种速效强韧的丝素蛋白水凝胶具有抗溶胀性能，长期附着良好，满足了兔半月板撕裂的力学要求，适用于半月板撕裂的修复。

在第二部分中，合格的水凝胶胶粘剂除了具有优异的力学性能外，还应考虑到由于白白区自愈不愈合特性而导致的实际体内状况，促进粘附撕裂半月板的修复和再生。据报道，Wei设计了一种水凝胶-弹性体混合体作为粘合贴片，以促进红-红区半月板修复，但白-白区修复主要是借助生长因子或细胞因子39,45.因此，将生长因子TGF-β1加载到半月板粘合剂S-PIL10中，以促进缺血区域的有效愈合。S-PIL10不断释放因子，上调SOX9、Col2a1、ACAN等半月板相关基因表达。此外，炎症在半月板撕裂中很常见，但在半月板的修复中可以忽略不计，这会影响修复效果48.水凝胶胶粘剂S-PIL10通过结合定制离子液体和羟基的动态硼酸酯键，具有抗炎特性，可清除活性氧（ROS）并改善撕裂半月板的微环境62.水凝胶胶S-PIL10具备这些优越性能，在新西兰白兔各类半月板撕裂中表现出优异的修复性能，证明了S-PIL10的强粘附性能与TGF-β1的功能在修复过程中相辅相成。然而，我们的研究仍然存在一些局限性。兔模型的半月面与人类半月面不同，今后的研究应采用较大的动物，修复性能在临床治疗中可能更有说服力。此外，兔子术后立即采用半月板粘合剂S-PIL10治疗，而慢性半月板病变在临床上更常见52，S-PIL10对不明显和渐进性泪液的治疗效果有待进一步验证。

综上所述，通过SFMA、PIL和TGF-β1的结合，开发了一种新型的弯月面粘合剂S-PIL10。这种胶粘剂由于添加了量身定制的 PIL，具有即时凝胶、优异的机械强度、强附着力、抗溶胀性和抗疲劳性。此外，这种粘合剂诱导SOX9、Col2a1和ACAN基因的上调，并通过清除ROS使微环境有利于愈合。半月板粘合剂成功修复半月板撕裂，而不会在体内造成关节损伤。总体而言，这种半月板粘合剂证明了自己是一种很有前途的材料和革命性的原位半月板撕裂修复临床方法。

道德规范声明

所有动物实验均已获得浙江大学动物实验委员会批准，完全符合美国国立卫生研究院实验动物护理和使用指南（AIRB-2022-0483）。

SFMA的合成和表征

将50g生丝（Bombyx mori）在2L0.05M碳酸钠溶液中煮沸45分钟脱胶，然后洗涤清楚。脱胶蚕丝在室温下干燥后，将30 g上述蚕丝溶解在150 mL 9.3 M溴化锂溶液中，在60°C下溶解1 h。然后，以 0.5 mL/min 的速率向混合物中加入 30 mL 甲基丙烯酸缩水甘油酯溶液。随后，通过抽吸过滤过滤所得溶液，并使用 8-14 个截止透析膜对蒸馏水透析 4 天。将溶液冷冻4小时后，通过冻干形成SFMA泡沫4天（储存在-80°C直至进一步使用）。

将 500 μg SFMA 泡沫溶解在 500 μL 氧化氘 （D2O，西格玛-奥尔德里奇）。质子核磁共振（1H NMR）在400 MHz的频率下使用光谱仪（NMR，AVANCE NEO 400，Bruker，Germany）来确定SFMA的成功修饰。

使用傅里叶变换红外光谱（FTIR，Vertex 70，Bruker，Germany）记录FTIR光谱样品（500–4000 cm−1），32 次波长扫描，分辨率为 4.0 cm−1.从酰胺 II （1600–1700 厘米）中减去基线后−1），通过PeakFit v4.12软件通过第二次衍生化和进一步的高斯曲线拟合分析了SFMA的酰胺II区。单个组分峰的波数表示不同的二级结构。

定制离子液体的合成和表征

首先，将0.82 g的4-（溴甲基）苯硼酸和1.41 g的1-乙烯基咪唑混合在30 mL乙腈中。该混合物在55°C的氮气环境中反应12小时。随后，通过旋转蒸发除去多余的溶剂，并用大量乙醚洗涤所得混合物。该洗涤步骤的目的是使pH值达到10。将获得的离子液体储存在-4°C以备将来使用。这1使用H NMR（NMR，AVANCE NEO 400，Bruker，Germany）和FTIR波谱（FTIR，Vertex 70，Bruker，Germany）确认成功合成离子液体。

弯月面胶粘剂的制造和表征

弯月面胶粘剂前驱体溶液含有30%（w/w）SFMA、0.5/1/1.5%（w/w）和0.25%（w/w）LAP。然后将所得溶液暴露在紫外线照射下，分别形成水凝胶粘合剂（S-Gel、S-PIL5、S-PIL10 和 S-PIL15）。

使用XPS光谱（XPS，K-Alpha，Thermo Fisher Scientific，美国）、FTIR（FTIR，Vertex 70，Bruker，Germany）、SEM和EDS元素映射（M-30+，COXEM，韩国）表征了这些粘合剂的化学成分和微观结构。在流变学研究中，时间扫描振荡测试在10 Hz的频率、3%的应变和500 μm的间隙下进行。以30 mW/cm记录样品的储存模量（G′）和损耗模量（G“）2紫外光 （405 nm） 在 30 秒和 60 秒之间。

通过X射线光电子能谱（XPS，K-Alpha，Thermo Fisher Scientific，USA）和FTIR（Vertex 70，Bruker，Germany）在500-4000厘米范围内分析化学成分−1以 4.0 cm 的分辨率进行 32 次波长扫描−1.

在扫描电子显微镜（SEM）之前，将水凝胶在-30°C下冷冻，然后冷冻干燥。将样品切掉以露出横截面。样品喷上黄金三分钟。通过SEM（EM-30，COXEM，韩国）观察样品的横截面形貌。使用ImageJ软件计算孔隙的平均直径。为了评估水凝胶中的元素分布，在合适的横截面上进行了EDS元素映射。手术刀被用来切割猪的半月板，以模拟半月板撕裂。然后用胶粘半月板粘合半月板撕裂。采用SEM观察粘合剂与弯月面界面的微观结构。通过DPPH和PITO标准操作程序（NanoDrop仪器，Thermo Fisher Scientific，USA）测量弯月面粘合剂的ROS清除活性。+

机械试验

样品的机械性能通过机械测试仪（Instron 5943，Instron，USA）进行测试。为了显示粘合性能，参考ASTM F2255进行了搭接剪切试验。将套管或弯月面切片粘附在载玻片上。将25 μL前驱体溶液铺在被试品基材上，然后紫外线照射30 s形成水凝胶粘合剂。将试样以 5 mm/min 的十字头速度放置在夹具中，直到它们断裂。记录负载的最大值。弯月面的粘合面积为0.6175厘米2套管为2.5厘米2.测量三个样品以计算每组的搭接剪切强度。

其中 F 是最大载荷，A 是粘接面积。

10 × 10 × 2 mm3立方体形状的试样被制成测试水凝胶。压缩速率为2 mm/min，应变水平高达95%。使用带有 1 kN 传感器的 Instron 5943 记录应力-应变曲线。压缩模量计算为应力-应变曲线在10%和20%之间的斜率。循环压缩、载卸载试验以30%的应变进行1000次循环，不休息。采用合适尺寸的金属研磨杵模拟股骨对半月板的压力，并测试粘合剂对半月板的粘附性能。

溶胀特性

为了确定溶胀特性，将上述水凝胶样品浸入37°C的PBS溶液中。 初始质量 （Wd）的水凝胶在浸泡前记录，浸泡后在每个时间点（Ws）被测量。通过以下公式计算肿胀率。

半月板胶粘剂用于粘附半月板的圆周撕裂和径向撕裂。为了表征半月面胶粘剂的长期水下粘附性，将粘附的半月面浸入37°C的PBS溶液中60 d。

动物实验

约200-220g雄性Sprague-Dawley大鼠用三溴乙醇全身麻醉。将大鼠的背部剃光并用75%的酒精擦拭。在背部做四个 1 厘米的切口，并将每个样本放入单独的皮下口袋中。每个时间点取4个样品（3d、1w、2w、4w和8w），称量3个样品，1个样品进行H&E染色。

雄性新西兰白兔（16周龄）的关节被剃光并用75%的酒精擦拭。将皮肤组织和筋膜组织切开，形成一个 2 厘米的切口。然后，切断内侧副韧带，打开关节腔。手术刀用于穿透内侧半月板的前角。建模后，通过1ml注射器将前体溶液注射到半月板的伤口中，然后立即通过紫外线形成水凝胶以粘合半月板撕裂。8周后，对兔子实施安乐死，并切除关节进行进一步评估。

组织学分析和评估

将兔半月板和关节固定在过量的4%（w/v）多聚甲醛中一周。然后用10%（w/v）乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA-2Na）溶液对兔关节进行脱钙3个月，同时每周更新EDTA-2Na。通过切片机冷冻恒温器连续切片，厚度为7μm的兔半月板和关节。H&E、Safranin O/fast green染色和免疫荧光均根据标准方案进行。组织学图像由Pannoramic MIDI扫描仪（3D HISTECH，匈牙利）收集。股骨髁 （FC） 和胫骨平台 （TPs） 由三名研究人员根据国际骨关节炎研究学会 （OARSI） 骨关节炎软骨组织病理学评估系统进行盲独立评估，其中分数越高表明软骨状况越差。

统计分析

所有实验至少独立进行3次，结果以平均值±标准差表示。所有统计分析均使用Origin 2023软件和GraphPad Prism9.0进行。采用双尾学生t检验分析两组间显著性。使用 Tukey 事后检验和单因素方差分析 （ANOVA） 进行多重比较。对于所有测试，*p < 0.05、**p < 0.01、***p < 0.001 和 ****p < 0.0001 表示统计显著性，ns：无显著性。

报告摘要

有关研究设计的更多信息，请参阅本文链接的《自然投资组合报告摘要》。