【项目应用场景：医疗】
【望潮科技测评】
做过胃肠镜和插过导尿管的人都会知道，硬塑料橡胶在人体柔软组织中拖动摩擦所带来的痛苦。并且，导尿管等医疗器械表面容易粘附细菌、生长异物。
当前，这些问题困扰着全球几千万人。
水凝胶，作为以水为分散介质的凝胶，具有柔软多水，表面光滑抗菌等功能，是与人体接触的最好界面。
图：水凝胶
但是，该如何让各种医疗仪器，例如导尿管、内窥镜等附上一层足够厚又耐用的水凝胶涂层？一直是医疗仪器和软材料领域的一大挑战。
众多研究学者在该领域不断的钻研。
其中，MIT赵选贺团队在2015年首次提出了水凝胶坚韧粘附的机理，即水凝胶本体要足够坚韧和有耗散性，而且水凝胶和黏附物间要有足够强的链接。
使用该机理，赵选贺团队在2016年首次实现了水凝胶和各种医用塑料橡胶材料的坚韧粘附，并在2017年首次实现了对简单形状医疗仪器的坚韧水凝胶涂层。
图：赵选贺团队研发过程示意图
a水凝胶坚韧粘附的机理； b水凝胶和各种医用橡胶材料的坚韧粘附；c复杂形状橡胶/塑料制品
可是医疗仪器通常都有复杂的形状，其内外表面都可能不平整。
对于这个问题，近日，赵选贺团队和华中科技大学臧剑锋团队合作给出了答案，即让复杂医疗仪器表面长出一层可控厚度的柔软耐用的水凝胶皮肤。
当前，论文已经发表在AdvancedMaterials上(1807101 (2018))，华中科技大学臧剑锋团队青年教师喻研，MIT博士生Hyunwoo Yuk，GermanParada为论文共同第一作者，MIT赵选贺教授为论文通讯作者。
技术原理
据了解，合作团队提出的全新方法，即将现有的医疗仪器材料，如硅橡胶，聚氨酯，聚氯乙烯，丁腈橡胶，乳胶等的表面10~100微米通过等离子处理和溶胀渗透变得稀疏亲水。
然后让水凝胶在这10~100微米的变性层中生长，形成天然的双网络水凝胶结构。
图：水凝胶皮肤生长机理
据悉，双网络水凝胶坚韧有耗散性，同时水凝胶层和医疗仪器间保持了强链接，符合水凝胶坚韧粘附的机理。
基于该方法，可以让市面上买到的医疗仪器表面直接长出柔软耐用的水凝胶皮肤，简单、实用、安全、高效。另外水凝胶皮肤还可以在干燥的状态下储存，使用前直接润湿，不影响效果。
新方法的优势和功能
据悉，该方法不仅可以在宏观尺度的具有复杂形状的高分子表面上制备水凝胶皮肤，还可以在微观尺度的具有复杂形状的高分子表面上制备水凝胶皮肤。
同时，该方法还能够便捷地对水凝胶皮肤的厚度和粗糙度等进行控制，从而满足不同的应用需求。
这种水凝胶皮肤层比橡胶表面要柔软很多。通过对比，可以看出，水凝胶皮肤的表面弹性模量仅仅只有橡胶表面的约1/70。
图： a在厘米尺寸的“Octet truss”形硅橡胶上均匀制备的水凝胶皮肤；b在具有微米级 “沟槽”的硅橡胶微流控芯片上均匀制备的水凝胶皮肤；c薄且较光滑的水凝胶皮肤；d厚且较粗糙的水凝胶皮肤
并且，从宏观上看，水凝胶皮肤基本不会改变橡胶的拉伸模量。这说明该水凝胶皮肤只是改变了橡胶表面的柔软性，并没有影响橡胶整体的性能和功能。
同时，它在水中具有极其优异的耐摩擦磨损性能。
一方面，制备了水凝胶皮肤的PDMS的摩擦系数几乎不会随压强的增大而升高。另一方面，制备了水凝胶皮肤的PDMS的摩擦系数几乎不会随摩擦时间的增长而升高。
这主要是由于水凝胶皮肤具有非常优异的保水性能和抗磨损性能。
图： a，b 抗大肠杆菌实验结果
另外，水凝胶皮肤层还具有非常优异的抗菌潜力。通过实验，研究人员证明了大肠杆菌极难在水凝胶皮肤表面生长和附着。
由于该方法不仅可以采用光引发方式制备，也可以采用热引发方式制备。所以，可以在高分子管道的外壁和内壁都均匀地制备水凝胶皮肤。
最后，值得一提的是，该方法还能在很多不规则形状的商业医用管状器械上制备水凝胶皮肤，比如气囊导尿管等。
更多精彩内容，关注望潮科技微信号（ID：tech_beat）
閱讀更多 望潮科技 的文章
