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  人口老齡化對植介入醫療器械提出了緊迫需求。其間，在器械表面構筑親水潤滑涂層能夠有效減小其與組織界面的摩擦力、降低手術操作難度、減小病人痛苦、延長器械使用壽命。水凝膠是一類具有典型濕滑特征的高分子材料，表面修飾水凝膠涂層可以有效改變材料與器械表面的潤滑特征；但如何通過溫和而可控的技術手段實現水凝膠材料的涂層化修飾仍然頗具挑戰。目前報道的修飾水凝膠涂層的方法，如表面橋聯、表面光引發、水凝膠涂料法等，都存在基材通用性差、涂層厚度可控性差等共性難點。因此，如何實現在通用材料和器械表面可控生長水凝膠潤滑涂層，仍然是該領域的一個科學難點。  

  針對上述科學難點，早在2018年周峰研究員團隊就發明了表面鐵催化引發自由基聚合（SCIRP）方法學（Adv. Mater., 2018, 30, 1803371），即通過在各種基材中摻雜納米鐵粉制備具有固液界面催化活性的復合材料，然后將其浸沒于單體反應溶液中，便可在室溫條件下于復合材料表面可控生長出水凝膠涂層。SCIRP方法雖然解決了在多樣化基底表面可控修飾水凝膠潤滑涂層的技術難點，然而鐵基復合材料制備過程較為繁瑣，使得該方法在醫療器械領域的應用受限。

圖1. SIL@UV-SCIRP方法生長水凝膠涂層的示意圖。

  近期，中科院蘭州化物所周峰研究員、麻拴紅副研究員團隊提出了一種在通用材料和醫療器械表面生長水凝膠潤滑涂層的新方法：即基于黏附性功能層（SIL）的紫外引發-表面催化引發自由基聚合方法（UV-SCIRP）[SIL@ UV-SCIRP]。該方法具體過程如下（圖1）：首先在基底表面沉積黏附性的PDA涂層；然后，將其浸泡在FeCl₃·6H₂O和檸檬酸（CA）的水溶液中，形成PDA/CA-Fe³⁺復合功能層（i）；接著，在紫外光照射下將PDA/CA-Fe³⁺功能層中的Fe³⁺還原為Fe²⁺（ii）；最后，將負載Fe²⁺催化劑的基底浸入單體溶液中進行界面自由基聚合，于室溫下在基底表面原位生長水凝膠涂層（iii-iv）。  

圖2.利用SIL@ UV-SCIRP方法在各種基底表面可控生長水凝膠涂層。

  水凝膠涂層的厚度可通過反應參數精確調控；該界面修飾方法適用于不同組分的反應單體，制備得到的水凝膠涂層化學組分可調；該方法可以在室溫下快速在金屬、聚合物、無機物、生物有機體等各種基底表面生長出水凝膠涂層（圖2）。

圖3.利用SIL@ UV-SCIRP方法生長的水凝膠涂層與基材的界面結合力評估及生長水凝膠涂層前后基材表面摩擦性能。

  界面剝離試驗表明通過該方法制備得到的水凝膠涂層與基材具有良好的界面結合強度；摩擦測試結果表明采用該方法可以有效改變基材表面固有的潤濕和水潤滑性能（圖3）。

圖4.利用SIL@ UV-SCIRP方法在各種基底表面生長圖案化水凝膠涂層及其針對復雜結構基材的通用性。

  在紫外灰度曝光技術的輔助下，該方法可以在基底表面可控構筑多樣化的水凝膠圖案化涂層；同時該方法適用于孔材料和膜材料的表面浸潤改性；特別是在快速制備水凝膠-纖維復合材料過程中展現出重要優勢（圖4）。

圖5.利用SIL@ UV-SCIRP方法在各種醫療器械外表面生長水凝膠涂層及生長水凝膠涂層前后其摩擦學性能。

  最終，利用該方法可以成功在各種型號醫療器械外表面可控生長水凝膠潤滑涂層；摩擦測試表明修飾了水凝膠潤滑涂層之后，兩種型號導尿管表面的摩擦系數均大幅度降低，并且可承受300個循環的剪切測試（圖5）。

  該工作以“Universal Strategy for Growing Tenacious Hydrogel Coating from a Sticky Initiation Layer (SIL)”為標題發表在國際材料學期刊《Advanced Materials》上。SIL@ UV-SCIRP方法為各種生物材料和醫療器械提供了一種通用的水凝膠潤滑涂層修飾新方法，在生物醫療器械領域展現出重要的應用前景，相關技術已經申請國家發明專利。

  論文的第一作者是中國科學院大學徐蓉年博士和張云雷博士。通訊作者為中科院蘭州化物所周峰研究員和麻拴紅副研究員。研究工作得到國家自然科學基金項目、中科院先導B培育項目、山東省重大基礎研究項目、中科院青年創新促進會等的資助。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202108889