[Adv. Mater.] 康奈尔大学江绍毅教授：高盐体系两性离子水凝胶抗污染

通讯作者：江绍毅

通讯单位：康奈尔大学

聚（羧基甜菜碱）（pCB）、聚（磺基甜菜碱）（pSB）、等两性离子水凝胶在抗蛋白质及微生物吸附方面受到特别关注。但由于“抗聚电解质”效应，两性离子水凝胶在盐水环境中保持高机械强度仍然具有挑战性。

鉴于此，康奈尔大学江绍毅教授课题组发展了一种使用高溶胀性能的pTMAO和强静电相互作用和网络缠结的pSB构建两性离子三重网络（ZTN）水凝胶，在盐水环境中展现出高机械强度和优异的防污性能。相关工作以“High-Strength and Nonfouling Zwitterionic Triple-Network Hydrogel in Saline Environments”为题发表在Advanced Materials上。

图1.（a）具有强静电相互作用和网络纠缠的pTMAO/pSB/pSB ZTN水凝胶的制备示意图；（b）ZSN、ZDN和ZTN水凝胶在单轴压缩下浸入海水后的应力-应变曲线以及ZDN和ZTN水凝胶从压缩测试中释放后的两张插入照片；（c）浸入海水后的ZDN和ZTN水凝胶的扫描电子显微镜（SEM）图片。

研究人员通过聚合含有TMAO单体、UV引发剂和化学交联剂的水性前体溶液制备pTMAO两性离子单网络（ZSN）水凝胶。随后，pSB用作第二个网络以制备两性离子双网络（ZDN）水凝胶。将制备的ZDN水凝胶浸入磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯（SB）单体溶液中，通过强静电相互作用和光引发成功合成ZTN水凝胶。

该水凝胶的三重网络结构内的强静电相互作用和网络缠结可以有效地耗散能量使水凝胶增韧并在盐环境中实现高强度（压缩断裂应力18.2±1.4MPa）、韧性（1.62±0.03 MJ·m-3）和刚度（在海水环境中模量为0.66±0.03MPa）。

ZTN水凝胶显示出强烈抵抗蛋白质、细菌和细胞的附着。该结果为指导设计广泛应用的坚韧无垢两性离子水凝胶提供了基本的理解。

图2.（a）ZSN、ZDN和ZTN水凝胶的组成比、（b）EWC和（c）SR；（d，e）ZDN和ZTN水凝胶分别浸入水中（d）和PBS（e）后的SEM图像。

参考文献：

Xiaohui Li, Chenjue Tang, Di Liu, Zhefan Yuan, Hsiang-Chieh Hung, Sijin Luozhong, Wenchao Gu, Kan Wu, Shaoyi Jiang, High-Strength and Nonfouling Zwitterionic Triple-Network Hydrogel in Saline Environments, Adv. Mater. 2021, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102479.