水凝膠具有三維網絡結構,在生物傳感、藥物輸送、癌癥治療、再生醫學、水凈化、海水淡化和重金屬吸附等方面具有廣泛的應用。近年來,通過方法探索和新材料設計,開發出了功能多樣、性能可調的水凝膠。其中,粘附水凝膠,特別是用于濕粘合的水凝膠,在傷口愈合、軟組織再生、細胞固定和藥物輸送等方面的應用受到了廣泛的關注。水凝膠中存在大量的水對強粘附提出巨大的挑戰。由于在水凝膠粘附中水分子形成界面層,這大大降低了水凝膠與材料之間的粘附力。此外,生物組織是濕軟的,表面含水量高,水凝膠在生物醫學中應用時,這一問題更為嚴重。
化學、拓撲結構和力學的協同作用是實現水凝膠強粘附的基礎。其中,粘附層上鍵的化學性質,包括共價鍵、非共價鍵、聚合物鏈、聚合物網絡和納米粒子,占主要因素。拓撲結構的作用是通過破壞鍵的作用和引起水凝膠的非彈性形變來耗散能量。實現水凝膠強粘附的方法包括表面改性、表面引發、本體改性、橋聯聚合物、拓撲粘附和納米復合。納米復合水凝膠中作為連接物的納米粒子附著在聚合物鏈上形成強/弱鍵(多重物理或化學相互作用),降低粘附能并提供能量耗散(圖1)。通過原位聚合、原位生長或物理混合將納米材料引入水凝膠中,獲得納米復合水凝膠,以提高機械性、自愈性、刺激響應性,應用于軟體機器人、傳感器、組織工程等領域。張孝進教授根據納米材料如碳基納米材料、無機納米顆粒、金屬/金屬氧化物納米顆粒和聚合物納米顆粒對納米復合粘附水凝膠進行總結和分類,討論了納米材料在增強水凝膠粘附方面的作用,對納米復合膠粘水凝膠的應用進行了分類,并提出了該領域面臨的挑戰和發展前景。
圖1. 納米復合膠粘水凝膠在基底上的強粘附示意圖。
以上相關成果發表在Journal of Materials Chemistry B (J. Mater. Chem. B 2020, Journal of Materials Chemistry B)上。論文的第一作者為中國地質大學(武漢)材料與化學學院碩士生張宇辰,通訊作者為張孝進教授。
論文鏈接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/TB/D0TB02000A
- 北理工陳煜/積水潭醫院李波 CEJ: 仿蝸牛粘液強粘附水凝膠髓內釘止血涂層 2025-02-05
- 北京化工大學徐福建教授團隊 AM:可適應強濕粘附水凝膠用于長期保護牙周炎傷口 2024-11-28
- 南京大學賈敘東、張秋紅團隊 AFM:由靜電場誘導具有電荷梯度分布的非對稱濕粘附水凝膠 2023-12-10
- 太原理工大學張虎林教授 Adv. Sci.: 熱電凝膠賦能仿生多模自監督指尖受體 2025-07-02
- 浙大王征科課題組《Macromol. Rapid Commun.》: 泥鰍粘液-甲基丙烯酰化明膠超潤滑水凝膠 2025-06-30
- 西交大魏釗/北大楊根 Small 綜述: 力學性能可調動態水凝膠用于3D類器官培養 2025-06-27