中国人大《Science Advances》封面！让水凝胶牢固粘在固体表面！

水凝胶涂层，为改善固体表面的润滑性、生物相容性和柔韧性，开辟了新道路。在此，来自中国人民大学的贺泳霖&王亚培等研究者，建立了一种可扩展的方法，使水凝胶层牢固地附着在不同的固体表面上。相关论文以题为“Renatured hydrogel painting”发表在Science Advances上。

论文链接：

https://advances.sciencemag.org/content/7/23/eabf9117

与此同时，该文章登上同期的《Science Advances》封面。

表面涂层，被认为是固体材料与外部介质耦合的关键窗口。在与外部介质紧密接触的情况下，表面涂层应表现出足够的稳定性和耐久性，以抵抗摩擦、腐蚀或其他化学和物理干扰。特别地，对于生物医学设备和可植入设备，表面涂层在考虑其他表面特性的同时，如果没有合理的润滑性和生物相容性，很难推广应用。在人工股骨头表面，覆盖一层能够满足生物相容性、润滑性和适当灵活性要求的保护层，是部分髋关节置换术成功的关键。许多其他医疗用品和海洋物体，也需要生物相容性和润滑涂层，如医疗导管和船体，特殊的润滑性可能有利于禁止生物膜，以获得抗菌或防污表面。

水凝胶，由于其高含水量而具有优异的润滑性能、生物相容性和灵活性，是软材料的一个创新分支。不同的配方和可调节的孔隙率，使水凝胶作为具有自愈合、运输营养、调节细胞增殖和输送货物能力的智能表面涂层，成为可能。尽管水凝胶在不同基质上的固定，已经取得了巨大的进展，因此，显示了在临床和海洋应用方面的巨大潜力，但仍然需要一种更通用的方法来将水凝胶牢固地、可缩放地涂覆在各种固体基质上，而不用考虑表面拓扑和材料的类别。

目前，多功能水凝胶涂层主要有以下几个挑战：(i)在使用各种水凝胶配方的情况下，该涂覆方法应表现出与多种基材的良好兼容性，并应尽量减少对表面拓扑的依赖；(ii)水凝胶与表面之间的附着力，应能够抵御物理和化学扰动，特别是包括机械摩擦、水凝胶膨胀和脱水过程中的膨胀和收缩，以及酸或碱介质导致的侵蚀；(iii)为了实际应用，理想情况下，水凝胶涂层是一种节省时间和成本低廉的制造过程，避免了冗长的实验室工作和使用腐蚀性溶剂或能源成本。纵观水凝胶涂层的发展历史，提出一个同时满足上述所有要求的水凝胶涂层策略，是一项艰巨的挑战。

在本研究中，研究者创新性地提出了一种复性水凝胶涂层(RHP)的概念，即在固体表面粘贴水凝胶层的两步技术。具体来说，即，脱水的干凝胶颗粒首先在特殊粘合剂的帮助下，粘在固体表面上。然后，将干凝胶颗粒在水介质中再水化，使其在客观表面形成均匀的水凝胶涂层。RHP方法，成功地将水凝胶涂在金属、特氟隆、陶瓷、玻璃、木材、聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚氯乙烯(PVC)的大面积表面上，喷涂面积可达2.0平方米。不同的水凝胶，能够牢固地粘接在这些表面上，且水凝胶层在正常压力高达50kpa的情况下压缩后，没有失去其力学性能。作为参考，成人施加在地面上的压力约为17.5 kPa。水凝胶包覆层除了在垂直方向上受到机械压缩外，还能承受横向流动的水所带来的剪切力，水射流速度为14 m/s，接近于海洋中货船的速度。

图1 RHP的制备与表征。