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  人口老齡化對植介入醫(yī)療器械提出了緊迫需求。其間，在器械表面構(gòu)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(shù)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(shù)手段實(shí)現(xiàn)水凝膠材料的涂層化修飾仍然頗具挑戰(zhàn)。目前報(bào)道的修飾水凝膠涂層的方法，如表面橋聯(lián)、表面光引發(fā)、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(diǎn)。因此，如何實(shí)現(xiàn)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(lǐng)域的一個(gè)科學(xué)難點(diǎn)。  

  針對上述科學(xué)難點(diǎn)，早在2018年周峰研究員團(tuán)隊(duì)就發(fā)明了表面鐵催化引發(fā)自由基聚合（SCIRP）方法學(xué)（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(fù)合材料，然后將其浸沒于單體反應(yīng)溶液中，便可在室溫條件下于復(fù)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(shù)難點(diǎn)，然而鐵基復(fù)合材料制備過程較為繁瑣，使得該方法在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)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(tuán)隊(duì)提出了一種在通用材料和醫(yī)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(fā)-表面催化引發(fā)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(fù)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(fù)載Fe²⁺催化劑的基底浸入單體溶液中進(jìn)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(yīng)參數(shù)精確調(diào)控；該界面修飾方法適用于不同組分的反應(yīng)單體，制備得到的水凝膠涂層化學(xué)組分可調(diào)；該方法可以在室溫下快速在金屬、聚合物、無機(jī)物、生物有機(jī)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(jié)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(yàn)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(jié)合強(qiáng)度；摩擦測試結(jié)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(fù)雜結(jié)構(gòu)基材的通用性。

  在紫外灰度曝光技術(shù)的輔助下，該方法可以在基底表面可控構(gòu)筑多樣化的水凝膠圖案化涂層；同時(shí)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(fù)合材料過程中展現(xiàn)出重要優(yōu)勢（圖4）。

圖5.利用SIL@ UV-SCIRP方法在各種醫(yī)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(xué)性能。

  最終，利用該方法可以成功在各種型號(hào)醫(yī)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(hào)導(dǎo)尿管表面的摩擦系數(shù)均大幅度降低，并且可承受300個(gè)循環(huán)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(biāo)題發(fā)表在國際材料學(xué)期刊《Advanced Materials》上。SIL@ UV-SCIRP方法為各種生物材料和醫(yī)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(yī)療器械領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的應(yīng)用前景，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)申請國家發(fā)明專利。

  論文的第一作者是中國科學(xué)院大學(xué)徐蓉年博士和張?jiān)评撞┦?/strong>。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(xué)基金項(xiàng)目、中科院先導(dǎo)B培育項(xiàng)目、山東省重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助。