水凝膠材料具有高含水量、可控的力學(xué)性能、優(yōu)異的滲透性、良好的生物相容性和類組織性等優(yōu)點(diǎn),是一種具備多維應(yīng)用潛能的高分子材料。然而,在一些應(yīng)用場(chǎng)景,通常需要水凝膠在執(zhí)行其自身功能時(shí)黏附于基底表面,尤其在含水環(huán)境中,如:組織工程、植入電子設(shè)備和水下軟體機(jī)器人等。不幸的是,水凝膠的高含水量和聚合物網(wǎng)絡(luò)的高親水性,使其在濕環(huán)境中與接觸表面之間很難實(shí)現(xiàn)有效的黏附。因此,迫切需要建立一種新的策略來(lái)改變水凝膠在濕環(huán)境中的黏附性能。
基于此,中科院蘭州化物所 - 材料表面與界面課題組周峰研究員團(tuán)隊(duì),報(bào)道了一種逆轉(zhuǎn)水凝膠黏附性能的新策略,即水凝膠表面濕黏附涂層修飾:將水凝膠與更加成熟的濕黏附劑結(jié)合,改變水凝膠的黏附性能。以單寧酸和Fe3+ 作為中介層,依次基于氫鍵和配位鍵在聚乙烯醇(PVA)水凝膠表面錨固超薄的濕黏附聚合物,實(shí)現(xiàn)PVA水凝膠表面的黏附改性。該方法還可以推廣應(yīng)用于其他含兒茶酚基團(tuán)的功能聚合物在PVA水凝膠表面的修飾,如:基于含氟聚合物的疏水功能改性。研究成果以“Reversing Hydrogels Adhesion Property via Firmly Anchoring Thin Adhesive Coatings” 為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上(doi.org/10.1002/adfm.202111278)。中科院蘭州化物所馮海燕博士生為該論文第一作者,周峰研究員,麻拴紅副研究員和馬延飛助理研究員為通訊作者。
圖1. 黏附水凝膠的制備流程及機(jī)理
(圖片來(lái)源:Advanced Functional Materials)
圖2. 水凝膠表面薄的黏附功能涂層
(圖片來(lái)源:Advanced Functional Materials)
在該修飾方法中,由于空間位阻的限制,大量的修飾分子集中錨固于凝膠表面。因此所制備的功能涂層具有較薄的厚度,但并未削弱界面結(jié)合,能夠承受多次的磨耗測(cè)試。同時(shí)薄的黏附修飾層也為結(jié)構(gòu)水凝膠的改性提供了可能。水凝膠表面所修飾黏附涂層的疏水性,也賦予了該凝膠良好的保水性。此外,基于水凝膠單面的不對(duì)稱修飾,他們成功實(shí)現(xiàn)水凝膠表面的不對(duì)稱黏附功能化,改性后的水凝膠表現(xiàn)出良好的不對(duì)稱黏附性和潤(rùn)濕性。該方法還能夠?qū)崿F(xiàn)水凝膠材料大范圍的黏附改性,為黏附水凝膠的大面積制備提供可能。
圖3. 水凝膠的非對(duì)稱功能改性
(圖片來(lái)源:Advanced Functional Materials)
圖4. 基于水凝膠表面改性的黏附膠帶
(圖片來(lái)源:Advanced Functional Materials)
該研究為水凝膠的濕黏附和不對(duì)稱功能改性提供了一種思路——基于表面修飾,將水凝膠的“弱”濕黏附性能交給更加成熟的濕黏附劑去克服。換而言之,涂層有多強(qiáng)的性能或者多樣的功能,水凝膠就有相對(duì)應(yīng)的表現(xiàn)。
以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院先導(dǎo)B培育項(xiàng)目和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助。
相關(guān)鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202111278
- 武漢大學(xué)陳朝吉/四川大學(xué)張偉 ACS Nano:仿生梯度水凝膠電解質(zhì)界面優(yōu)化構(gòu)筑穩(wěn)定鋅離子電池 2025-07-21
- 北科大許利蘋(píng)教授/理化所萬(wàn)茜子副研究員 AFM:按需可剝離比色(ODC)貼片實(shí)現(xiàn)慢性傷口的智能化無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè) 2025-07-20
- 四川大學(xué)金勇教授團(tuán)隊(duì) Nano Energy:具有可逆相變特性的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電多功能水凝膠用于污水的凈化與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 2025-07-18
- 天津大學(xué)劉文廣教授、天津醫(yī)院楊強(qiáng)主任醫(yī)師 AFM:核酸堿基驅(qū)動(dòng)的透明質(zhì)酸可注射黏附水凝膠增強(qiáng)退變性椎間盤(pán)修復(fù) 2024-03-13
- 阿爾托大學(xué)Olli Ikkala教授、張航博士《Adv. Funct. Mater.》:可高效切換水下黏附水凝膠 2023-02-28
- 川大金勇教授團(tuán)隊(duì)《Nano Energy》:一種具有可編程粘附性的牛奶基水凝膠用于多功能可穿戴電子 2022-11-06
- 南方醫(yī)科大學(xué)邱小忠、侯鴻浩教授 Nat. Commun.:一種用于非侵入性心肌修復(fù)和防止術(shù)后組織粘連的智能黏附性Janus水凝膠 2022-12-14