理化所王树涛/化学所郭兴林Angew：一种增强水凝胶-固体界面粘附的通用策略

生物医用材料进展 · 公众号 · · 2025-01-20 22:50

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水凝胶在医用材料、润滑涂层、水凝胶传感器等方面具有广泛的应用前景。然而在大多数的应用中水凝胶需要与介质之间具有强大的相互黏附作用，由于水凝胶与固体表面的物理结合力弱，因此增强水凝胶与固体表面之间的界面粘附引起人们的广泛关注。

先前研究人员应用表面锚定基团来增强水凝胶与固体之间的界面粘附，但该策略的反应效率较低，对水凝胶的粘附改善也有限。还有研究通过增强水凝胶的韧性从而增强界面粘附，但从本质上来说并没有增强水凝胶与固体粘结力。现有的水凝胶聚合可以实现水凝胶 - 固体之间的界面粘合，但是无法形成高密度的共价键界面结合。

中国科学院理化技术研究所 王树涛研究员团队 与中国科学院化学研究所 郭兴林研究员团队 提出一种通用的超浸润层辅助界面聚合（ SAIP ） 策略，通过在固体表面形成超浸润的引发层，促进界面的高效反应，形成高密度共价键。 水凝胶与固体表面之间的锚定效果比传统策略强得多，具有较高的抗溶胀损伤能力。该工作以 “Strong Anchoring of Hydrogels through Superwetting-Assisted High-Density Interfacial Grafting” 为题发表在 23 年的《 Angewandte Chemie International Edition 》上。

【文章亮点】

（1）本文提出了一种超浸润层辅助界面聚合（ SAIP ）策略，在 3- （三甲氧基硅基）甲基丙烯酸丙酯（ TMSPMA ）修饰的玻璃表面形成超浸润的引发剂层，加入前驱液后在固体表面的 TMSPMA 基团被界面上的引发剂层充分引发，生成表面锚定的自由基，这些锚定的自由基进一步与溶液中的单体反应，形成界面的接枝网络。

（2）传统方法制备所制备的水凝胶与固体之间的粘附易于在界面产生粘附失效，且粘附强度较弱。 SAIP 策略所制备的水凝胶在玻璃上可以保持稳定的界面粘附，并且在 1.37MPa 时发生胶体断裂。

（3）该策略不仅适用于多种类型的水凝胶，而且适用于多种固体表面（玻璃、钛、氧化铝、硅片、 PDMS 等），都能提高水凝胶 - 固体的界面粘合强度。

（4）该策略制备的水凝胶与玻璃之间具有强大的粘附能力，能够承受拉伸、扭曲和弯曲破坏，可以制造大面积和复杂形状的水凝胶涂层，因此具有较大的应用潜力。

（5） SAIP 策略在水凝胶和玻璃之间形成了高密度的界面共价键，以抵抗水凝胶溶胀对于界面粘附的破坏，而无需改变水凝胶的成分。

图 1 超浸润层辅助界面聚合（ SAIP ）策略机理图 2 通过 SAIP 策略实现 AAm 在固体表面的界面聚合图 3 不同界面聚合策略下的水凝胶锚定性能比较图 4 SAIP 策略的普适性

参考文献：

理化所王树涛/化学所郭兴林Angew：一种增强水凝胶-固体界面粘附的通用策略

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