大家肯定都吃過果凍、涼粉和豆腐，它們都屬於水凝膠，也是我們今天所要講的主角。其實不止這些，我們平時使用的面膜、隱形眼鏡和紙尿褲等，都屬於水凝膠的範疇。大多數水凝膠在完全溶脹時含水量超過70%，因此我們常見的水凝膠都是水水嫩嫩、滑滑的狀態。

水凝膠和我們的軟組織非常的像，主要是因為它們有跟我們人體組織類似結構和理化性能，同時還具有類似的含水量（人體肌肉組織含水量高達72-80%），更重要的是它們大多數是無毒的。這些優點激發了大量科研工作者的興趣和熱情——將其應用到人體，替代、修復、保健人體受損組織。實際上在我們現實生活中已經出現了這樣的產品，比如我們日常所用的退燒貼，它是一種利用水分蒸發來達到降溫效果的水凝膠。然而當皮膚表面有水存在時（出汗），退燒貼會變得很滑，不能很好貼合到皮膚表面。這主要是因為大多數的水凝膠是一種親水材料，當遇到水以後，聚合物網絡會溶脹並且與水結合，此時水會阻礙凝膠與皮膚之間的接觸，導致凝膠和皮膚之間很難粘合。

（圖片來自網絡）

有沒有可能讓水凝膠實現牢固的黏附呢？科研人員逐漸將目光轉向了海洋，因為海洋中有大量的生物容易黏附在任何沉浸在海裡的物體之上，比如船舶、漁網、管道、浮標。如果我們知道海洋生物是如何實現水下黏附的，這或許會解決水凝膠的黏附難題。研究人員發現，這些海洋生物，比如貽貝的黏附，取決於一種叫做3,4-二羥基苯丙氨酸（DOPA）的物質。這種含鄰苯二酚的物質具其非常優異的濕黏附性能，能夠與其他各種材料實現牢固的黏附。然而將貽貝的黏附功能轉移到一種具有高滲透性的凝膠材料上，並且不影響凝膠的其他性能，並非易事。

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佈圖。

最近，中國科學院蘭州化學物理研究所周峰研究員團隊利用空間位阻效應，阻礙錨固層金屬離子（Fe 3 +）和單寧酸的滲透，基於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，最終實現了一種能夠水下黏附的水凝膠“便利貼”。

圖2. 黏附水凝膠的製備流程及機理

更重要的是，這種方法可以實現凝膠的單面修飾，所得到的水凝膠“便利貼”兩面具有完全不同的性質，一面“水水嫩嫩”的同時，另一面還能牢靠地貼在不同基底的表面。如果我們將用來錨固金屬離子（Fe 3 +）替換為Cu 2 +時，該材料還可以表現出透明、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用潛力。

圖3.水下自清潔“便利貼”

以上工作得到了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支持。

參考文獻：

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來源：中國科學院蘭州化學物理研究所