【中科院之聲】新型水凝膠：水下“便利貼”
大家肯定都吃過果凍、涼粉和豆腐，它們都屬于水凝膠，也是我們今天所要講的主角。其實(shí)不止這些，我們平時(shí)使用的面膜、隱形眼鏡和紙尿褲等，都屬于水凝膠的范疇。大多數(shù)水凝膠在完全溶脹時(shí)含水量超過70%，因此我們常見的水凝膠都是水水嫩嫩、滑滑的狀態(tài)。
（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
水凝膠和我們的軟組織非常的像，主要是因?yàn)樗鼈冇懈覀內(nèi)梭w組織類似結(jié)構(gòu)和理化性能，同時(shí)還具有類似的含水量（人體肌肉組織含水量高達(dá)72-80%），更重要的是它們大多數(shù)是無(wú)毒的。這些優(yōu)點(diǎn)激發(fā)了大量科研工作者的興趣和熱情——將其應(yīng)用到人體，替代、修復(fù)、保健人體受損組織。實(shí)際上在我們現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)出現(xiàn)了這樣的產(chǎn)品，比如我們?nèi)粘Ｋ玫耐藷N，它是一種利用水分蒸發(fā)來(lái)達(dá)到降溫效果的水凝膠。然而當(dāng)皮膚表面有水存在時(shí)（出汗），退燒貼會(huì)變得很滑，不能很好貼合到皮膚表面。這主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的水凝膠是一種親水材料，當(dāng)遇到水以后，聚合物網(wǎng)絡(luò)會(huì)溶脹并且與水結(jié)合，此時(shí)水會(huì)阻礙凝膠與皮膚之間的接觸，導(dǎo)致凝膠和皮膚之間很難粘合。
（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
有沒有可能讓水凝膠實(shí)現(xiàn)牢固的黏附呢？科研人員逐漸將目光轉(zhuǎn)向了海洋，因?yàn)楹Ｑ笾杏写罅康纳锶菀尊じ皆谌魏纬两诤＠锏奈矬w之上，比如船舶、漁網(wǎng)、管道、浮標(biāo)。如果我們知道海洋生物是如何實(shí)現(xiàn)水下黏附的，這或許會(huì)解決水凝膠的黏附難題。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些海洋生物，比如貽貝的黏附，取決于一種叫做3,4-二羥基苯丙氨酸（DOPA）的物質(zhì)。這種含鄰苯二酚的物質(zhì)具其非常優(yōu)異的濕黏附性能，能夠與其他各種材料實(shí)現(xiàn)牢固的黏附。然而將貽貝的黏附功能轉(zhuǎn)移到一種具有高滲透性的凝膠材料上，并且不影響凝膠的其他性能，并非易事。
圖1. 貽貝的黏附。（左）貽貝（a）貽貝足絲圖，（b）貽貝不同種類足絲蛋白分布圖
最近，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所周峰研究員團(tuán)隊(duì)利用空間位阻效應(yīng)，阻礙錨固層金屬離子（Fe3+）和單寧酸的滲透，基于此將含鄰苯二酚的膠黏劑P（MEA-co-DMA）（聚多巴胺甲基丙烯酰胺-甲氧基乙基丙烯酸酯）牢牢地錨定在PVA（聚乙烯醇）水凝膠表面，最終實(shí)現(xiàn)了一種能夠水下黏附的水凝膠“便利貼”。
圖2. 黏附水凝膠的制備流程及機(jī)理
更重要的是，這種方法可以實(shí)現(xiàn)凝膠的單面修飾，所得到的水凝膠“便利貼”兩面具有完全不同的性質(zhì)，一面“水水嫩嫩”的同時(shí)，另一面還能牢靠地貼在不同基底的表面。如果我們將用來(lái)錨固金屬離子（Fe3+）替換為Cu2+時(shí)，該材料還可以表現(xiàn)出透明、防油污損、防生物污損的性能，在水下儀表、潛艇觀望鏡、潛水鏡等方面具有一定的應(yīng)用潛力。
圖3.水下自清潔“便利貼”
以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院先導(dǎo)B培育項(xiàng)目和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的支持。
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來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
