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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構，進而賦予其獨特的功能特性，水凝膠是制造類層狀組織結構體的重要人工材料，如何實現仿生層狀濕滑水凝膠材料的按需制造，突破層數、層網絡結構、幾何尺寸、厚度、成分和力學性能在時間尺度上的精確調控頗具挑戰。

圖1. UV-SCIRP方法學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、周峰研究員團隊和美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）賀曦敏教授團隊合作提出了一種制備類組織層狀水凝膠材料的新方法：紫外引發的表面催化引發自由基聚合（UV-SCIRP）; 利用該方法可以成功制備具有可控厚度、組分、幾何結構和尺寸的多樣化層狀水凝膠潤滑材料（圖1）;通過該方法制備得到的水凝膠材料層狀特征明顯、層數可控、層厚度均勻且可調, 層界面結合良好, 適用于構筑化學組分交替的多層水凝膠材料（圖2）；該方法可實現復雜形狀和尺寸水凝膠結構體的濕滑改性修飾，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構體，層厚度、化學組分、網絡孔隙率和力學強度精確可調控（圖4）。這項研究工作打破了層狀水凝膠材料制造的傳統“砌磚”成型方式，從界面聚合化學角度出發，提出一種與天然層狀生物組織形成過程相似的聚合新方法學（圖5），為開發具有廣泛應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態形成過程（整體厚度和單層屬性與時間的演變正相關性）和（B）傳統“砌墻”策略（層數的機械疊加）制備層狀水凝膠材料

  該工作以“Continuously Growing Multi-layered Hydrogel Structures with Seamless Interlocked Interface”為標題發表在國際材料學期刊《Matter》上。論文的第一作者是中國科學院大學徐蓉年博士。研究得到國家自然科學基金項目、中科院先導B培育項目和中科院青年創新促進會等的資助。

  該工作是周峰研究員團隊近年來關于材料表面濕滑修飾改性方法學研究的最新進展之一。發展先進的材料或器械表面化學改性方法學，提升其潤濕、潤滑和抗污等特性，是改善材料或器械使用功能性的重要手段之一。在過去的3年中，團隊圍繞此課題開展了大量的基礎創新研究工作。2018年團隊發明了表面催化引發自由基聚合（SCIRP）方法學（Adv. Mater., 2018, 30, 1803371），解決了在多樣化基材表面可控修飾水凝膠潤滑涂層的技術難點，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）和智能驅動材料（Chem. Mater., 2019, 31, 22, 9504; Chem. Mater., 2019, 31, 12, 4469）成型制備以及器材的水潤滑改性（Colloid Surfaces A, 2020, 599,124753）。目前，SCIRP方法已經被國際同行廣泛用于制備功能性水凝膠材料(Sci. Adv. 2021; 7 : eabf3804)。以SCIRP方法學為基礎，結合團隊前期提出的亞表面引發原子轉移自由基聚合（sSI-ATRP）方法學(SCIENTIA SINICA Chimica, 2018, 48 , 1611; Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 2004062)，團隊開發了適用于硅彈性體表面的仿生層狀強韌水凝膠潤滑涂層（Friction, 2021, DOI: 10.1007/s40544-021-0513-5）；并于近期開發了基于表面潤滑和機械變形耦合的類食道管狀器件，實現了流體動壓和機械推動輔助下固體物件在受限空間中的定向輸運(Adv. Sci, 2021, DOI: 10.1002/advs.202102800)。

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