水凝膠具有三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),在生物傳感、藥物輸送、癌癥治療、再生醫(yī)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(fā)出了功能多樣、性能可調(diào)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(zhàn)。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(yī)學中應用時,這一問題更為嚴重。
化學、拓撲結(jié)構(gòu)和力學的協(xié)同作用是實現(xiàn)水凝膠強粘附的基礎。其中,粘附層上鍵的化學性質(zhì),包括共價鍵、非共價鍵、聚合物鏈、聚合物網(wǎng)絡和納米粒子,占主要因素。拓撲結(jié)構(gòu)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(xiàn)水凝膠強粘附的方法包括表面改性、表面引發(fā)、本體改性、橋聯(lián)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(jù)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(jié)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(zhàn)和發(fā)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(fā)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(zhì)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
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