Advanced Functional Materials:基于动态疏水作用实现水凝胶水下粘附

水凝胶具有高含水率、良好的柔软性、适中的硬度和摩擦系数、与人体软组织类似的结构等优异的特性,因此在组织工程、伤口敷料、生物医学设备及水下软机器人等生物医学相关领域具有光明的应用前景。其中在水凝胶与粘附相关的应用方面,例如水凝胶与生物组织之间的粘附,也有迫切的需求。现有粘附型水凝胶在干燥环境中具有优异的粘接强度,而在水下环境中由于水分子进入粘合界面处对胶粘剂分子产生水化/溶胀/降解作用,从而使得粘接性能迅速丧失。因此,水下高粘附材料一直是工程材料领域的研究难点与热点。

近日,电子科技大学崔家喜教授团队通过将宏观的表面修饰和动态键交联的水凝胶相结合,通过调控动态水凝胶中超分子官能团在水凝胶表面的排列方式,从而使得水凝胶形成疏水的表面,当水凝胶与基体表面在水下接触时,疏水官能团能够排除基底表面的水分子,从而与基质之间充分接触,通过氢键、疏水作用力等实现水凝胶在水下迅速、可逆的强粘附性,解决了水下粘附难题。

图. (a) 调控动态水凝胶中疏水基团在表面的分布过程示意图。(b) 水凝胶表面自疏水化过程实现在水下基底表面粘附示意图。(c) 水下粘附展示,疏水水凝胶能够牢固地粘附在金属块表面并能够将其提起。 (d) 照片显示水凝胶与基底之间的强粘附力可以抵抗水冲击。

该水凝胶可以完全在水下使用操作,其无论对亲水性或者疏水性的基底(铁片、PE、玻璃、石头、肌肉组织、骨头)都表现出了良好的水下粘附效果。并且该水凝胶可以粘附有缺陷的心脏、胃等脏器组织的表面,并能够抵抗液体注入时脏器膨胀产生的压强。同时,该水凝胶制备方法,简便和制备过程易操作,具有长期稳定性,从而极大的扩展了水凝胶在水下或者潮湿环境中的应用,尤其是在体液或者血液环境下的潜在应用。

相关结果以“Self‐Hydrophobization in a Dynamic Hydrogel for Creating Nonspecific Repeatable Underwater Adhesion”为题发表在Advanced Functional Materials (DOI:10.1002/adfm.201907064)上。