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  自然界中許多濕滑的生物組織具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而賦予其獨(dú)特的功能特性，水凝膠是制造類層狀組織結(jié)構(gòu)體的重要人工材料，如何實(shí)現(xiàn)仿生層狀濕滑水凝膠材料的按需制造，突破層數(shù)、層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、厚度、成分和力學(xué)性能在時(shí)間尺度上的精確調(diào)控頗具挑戰(zhàn)。

圖1. UV-SCIRP方法學(xué)制備多樣化層狀濕滑水凝膠材料的示意圖。

  近期，中科院蘭州化物所麻拴紅副研究員、周峰研究員團(tuán)隊(duì)和美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）賀曦敏教授團(tuán)隊(duì)合作提出了一種制備類組織層狀水凝膠材料的新方法：紫外引發(fā)的表面催化引發(fā)自由基聚合（UV-SCIRP）; 利用該方法可以成功制備具有可控厚度、組分、幾何結(jié)構(gòu)和尺寸的多樣化層狀水凝膠潤(rùn)滑材料（圖1）;通過(guò)該方法制備得到的水凝膠材料層狀特征明顯、層數(shù)可控、層厚度均勻且可調(diào), 層界面結(jié)合良好, 適用于構(gòu)筑化學(xué)組分交替的多層水凝膠材料（圖2）；該方法可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀和尺寸水凝膠結(jié)構(gòu)體的濕滑改性修飾，如平面、曲面、通道和球體（圖3）；利用UV-SCIRP方法還可成功制備血管狀多層水凝膠結(jié)構(gòu)體，層厚度、化學(xué)組分、網(wǎng)絡(luò)孔隙率和力學(xué)強(qiáng)度精確可調(diào)控（圖4）。這項(xiàng)研究工作打破了層狀水凝膠材料制造的傳統(tǒng)“砌磚”成型方式，從界面聚合化學(xué)角度出發(fā)，提出一種與天然層狀生物組織形成過(guò)程相似的聚合新方法學(xué)（圖5），為開發(fā)具有廣泛應(yīng)用前景的仿生層狀濕滑水凝膠材料提供了一種全新的制造途徑。

圖2. 利用UV-SCIRP方法制備多層水凝膠材料。

圖3. UV-SCIRP方法制備圖案與梯度化凝膠涂層及在各種形狀凝膠幾何體表面的應(yīng)用

圖4. 用UV-SCIRP方法制備血管狀多層水凝膠管

圖5.（A）天然層狀生物組織的動(dòng)態(tài)形成過(guò)程（整體厚度和單層屬性與時(shí)間的演變正相關(guān)性）和（B）傳統(tǒng)“砌墻”策略（層數(shù)的機(jī)械疊加）制備層狀水凝膠材料

  該工作以“Continuously Growing Multi-layered Hydrogel Structures with Seamless Interlocked Interface”為標(biāo)題發(fā)表在國(guó)際材料學(xué)期刊《Matter》上。論文的第一作者是中國(guó)科學(xué)院大學(xué)徐蓉年博士。研究得到國(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)等的資助。

  該工作是周峰研究員團(tuán)隊(duì)近年來(lái)關(guān)于材料表面濕滑修飾改性方法學(xué)研究的最新進(jìn)展之一。發(fā)展先進(jìn)的材料或器械表面化學(xué)改性方法學(xué)，提升其潤(rùn)濕、潤(rùn)滑和抗污等特性，是改善材料或器械使用功能性的重要手段之一。在過(guò)去的3年中，團(tuán)隊(duì)圍繞此課題開展了大量的基礎(chǔ)創(chuàng)新研究工作。2018年團(tuán)隊(duì)發(fā)明了表面催化引發(fā)自由基聚合（SCIRP）方法學(xué)（Adv. Mater., 2018, 30, 1803371），解決了在多樣化基材表面可控修飾水凝膠潤(rùn)滑涂層的技術(shù)難點(diǎn)，并成功將SCIRP方法用于濕滑凝膠管制造（Chem. Mater., 2018, 30, 6756; J. Mater. Chem. B, 2019, 7, 3505; Sci. Adv., 2020, 6(47):eabd2520）和智能驅(qū)動(dòng)材料（Chem. Mater., 2019, 31, 22, 9504; Chem. Mater., 2019, 31, 12, 4469）成型制備以及器材的水潤(rùn)滑改性（Colloid Surfaces A, 2020, 599,124753）。目前，SCIRP方法已經(jīng)被國(guó)際同行廣泛用于制備功能性水凝膠材料(Sci. Adv. 2021; 7 : eabf3804)。以SCIRP方法學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合團(tuán)隊(duì)前期提出的亞表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（sSI-ATRP）方法學(xué)(SCIENTIA SINICA Chimica, 2018, 48 , 1611; Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 2004062)，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了適用于硅彈性體表面的仿生層狀強(qiáng)韌水凝膠潤(rùn)滑涂層（Friction, 2021, DOI: 10.1007/s40544-021-0513-5）；并于近期開發(fā)了基于表面潤(rùn)滑和機(jī)械變形耦合的類食道管狀器件，實(shí)現(xiàn)了流體動(dòng)壓和機(jī)械推動(dòng)輔助下固體物件在受限空間中的定向輸運(yùn)(Adv. Sci, 2021, DOI: 10.1002/advs.202102800)。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.018