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兰州化物所周峰/麻拴红团队 Angew:连续氧化还原界面自由基聚合机制-制备亲水凝胶润滑涂层

兰州化物所周峰/麻拴红团队 Angew:连续氧化还原界面自由基聚合机制-制备亲水凝胶润滑涂层 高分子科技
2022-09-27
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导读:提出了一种无需紫外光辅助的界面连续氧化还原聚合新方法,突破了医疗器械导管内腔道润滑改性的科学难点...
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亲水润滑技术是将传统基材或器械的本体性能与表面功能化涂层性能相结合的一个重要策略。研究表明水凝胶涂层可有效提高医疗器械表面的润滑性能、降低手术操作难度、减小病人痛苦。然而,现有水凝胶涂层的修饰方法如表面桥联、引发或直接涂覆等技术等或受制于有限的基材、或依赖于特定的反应体系、或需要紫外光照的辅助,这些缺点使得当前大部分水凝胶润滑涂层技术普适性较差。特别是针对高端医疗器械,如何在长窄径/非透明导管内表面可控修饰水凝胶润滑涂层?成为领域中的关键科学难点与瓶颈性技术挑战。

在前期研究基础之上,中国科学院兰州化学物理研究所周峰研究员/麻拴红副研究员团队,以富含多巴胺的黏附胶为键合-引发层,通过利用儿茶酚普适的黏附性、金属离子配位能力以及自身的氧化还原活性,提出了一种无需紫外光辅助的界面连续氧化还原聚合新方法,突破了医疗器械导管内腔道润滑改性的科学难点。


在该方法中,胶粘剂下表面的儿茶酚能够与不同基底形成良好的机械键合。当涂胶基材或器械浸泡到含有铁离子(Fe3+)/过硫酸根的水凝胶单体溶液中时,胶黏剂表面的儿茶酚能够捕获溶液中的铁离子(Fe3+),并将其还原为二价铁(Fe2+),进而在固液接触界面上将过硫酸根(S2O82-)催化分解为SO4-•,引发溶液中的单体在界面处原位聚合。同时,胶黏剂中高分子链能够与水凝胶网络进行缠结,将水凝胶键合在其表面。其间,得益于儿茶酚对铁离子优异的配位能力,整个反应场所被限制在固液接触界面附近,抑制了自由基聚合热扩散效应,避免了本体溶液的聚合。颇为重要的是,研究人员首次捕获和记录到水凝胶涂层在基材表面的原位可控生长过程。


得益于在基材上原位可控生长的优势,该方法能够在复杂形状的医疗器械上生长均匀的水凝胶润滑涂层。同时,由于整个生长过程中不需要紫外光的辅助,因此该方法能够在不透明长窄径管道(1.2 m)的内表面生长水凝胶润滑涂层。通过光镜、电镜等表征,水凝胶涂层与基材界面结合效果良好,能够显著将基材表面摩擦系数降低到0.05以下;并通过原位黏附与摩擦测量手段,成功捕获到与生长动力学匹配的动态减摩过程。


最终,研究人员认为这种方法能够为复杂结构器械内外表面可控修饰亲水润滑涂层提供一种新策略,有望在医疗器械和生物表界面工程领域产生广泛应用。当然,从基础研究到产业应用过程中仍有若干技术性问题亟待解决。


论文信息

Successive Redox-Reaction-Triggered Interface Radical Polymerization for Growing Hydrogel Coatings on Diverse Substrates

Dr. Yunlei Zhang, Dr. Rongnian Xu, Dr. Weiyi Zhao, Dr. Xiaoduo Zhao, Dr. Liqiang Zhang, Dr. Rui Wang, Dr. Zhengfeng Ma, Prof. Wenbo Sheng, Prof. Bo Yu, Prof. Shuanhong Ma, Prof. Feng Zhou

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202209741

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202209741


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