两性离子水凝胶依托表面致密而稳定的水合层，对蛋白质吸附及非特异性生物黏附具有显著抑制作用，是典型的高效抗污材料。然而，这种高度水化特性也不可避免地削弱了材料与基底之间的界面粘附强度。值得注意的是，近年来多项研究却表明，部分两性离子水凝胶仍可表现出较强的界面粘附能力，挑战了传统意义上“强抗污=弱粘附”的认知框架。因此，在分子尺度上阐明并调控两性离子水凝胶的水合层结构，是破解其抗污—粘附性能矛盾的关键。
近期，河北工业大学潘志成副教授、潘明旺教授团队在两性离子水凝胶领域取得突破性进展，提出了一种无需外加粘附组分、通过静电调控水合层结构的新策略，打破两性离子水凝胶抗污性强但粘附性弱的传统认识。研究团队以经典磺基甜菜碱单体（SBMA）构筑的 pSBMA 水凝胶为基础，引入带负电的聚丙烯酸（PAA）作为外源电荷源。在 PBS 中，PAA以—COO⁻形式存在，与 pSBMA 链上的季铵阳离子（N⁺）形成 COO⁻···N+ 静电作用，打破原有 N+/SO3⁻ 内盐结构，扰动甜菜碱基团内部的电荷平衡，诱导局部电场分布和离子对构型重排，从而削弱原本致密的 N+–SO3⁻ 结合水层。该工作建立了“电荷重构—水合层调控—界面功能响应”之间的内在关联，揭示了外源阴离子聚合物通过精细调控水合层即可实现两性离子水凝胶抗污与粘附性能的可控调节，在分子尺度上以水合调控机制统一解释两性离子水凝胶抗污与粘附这一表观“矛盾”。
通过对两性离子水合状态的调控，pSBMA两性离子水凝胶的粘附强度从近乎为零提升至63.27 kPa，粘附能达306.34 J/m2，实现了从“抗污”到“生物粘附”的可控转换。
2025年11月21日，该成果以“Breaking the Antifouling-Adhesion Trade-off in Zwitterionic Hydrogels via Electrostatic Hydration Modulation”为题发表在Macromolecules上，研究工作得到国家自然科学基金委员会的资助。
图1. 水凝胶合成与水合层打破机制示意图
图2. 静电相互作用机制的研究
图3. PSA-P水凝胶结合水的研究
图4. PSA-P水凝胶黏附性能
文章链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.5c01904
相关进展
河北工业大学潘明旺教授团队 CEJ：基于Zr-O-Si网络制备坚固且自愈的防静电WPU杂化涂层
河北工业大学潘明旺教授团队 Small: 高强高韧水性聚氨酯的新型希夫碱笼型结构设计策略及其面向红外隐身的应用
河北工大潘明旺教授团队 Small: 通过超分子相互作用将功能小分子原位锚定到聚合物链上，形成稳健且自修复的多功能水性聚氨酯
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多