通过静电水合调控打破两性离子水凝胶中的防污-附着力权衡

《Macromolecules》：Breaking the Antifouling-Adhesion Trade-off in Zwitterionic Hydrogels via Electrostatic Hydration Modulation

两性离子水凝胶表面结合水层调控可同步增强抗污性与界面粘附特性。通过添加聚丙烯酸打破内电介质平衡，使粘附强度从0提升至63.27 kPa，粘附能达306.34 J/m2，非水合态材料亦表现出生物粘附性，为智能表面材料开发奠定理论基础。

　　

两性离子水凝胶以其出色的防污性能而闻名，这种性能主要归因于通过与水分子通过离子溶剂化作用形成的稳定表面水化层。该水化层作为一种物理屏障，能够抑制蛋白质和微生物的非特异性吸附，使得两性离子水凝胶在生物医学和海洋应用中具有很高的价值。然而，最近的研究表明，两性离子水凝胶也可能表现出强烈的界面粘附性，这一特性似乎与其已知的防污行为相矛盾。这种明显的矛盾被认为是由两性离子聚合物的特殊水化行为引起的。为了解释这一悖论，我们提出了一种无需使用粘合剂添加剂的、基于内在机制的框架，通过引入聚电解质来扰动其内部的静电平衡，从而调节两性离子水凝胶的结合水层，解决粘附性与防污性之间的权衡问题。实验结果表明，增加聚（丙烯酸）的浓度可以有效降低水化层的密度，从而使粘附强度从接近零显著提升至63.27 kPa，并使粘附能达到306.34 J/m²。此外，处于非水化状态的两性离子水凝胶还表现出生物粘附性，偏离了其通常观察到的防污特性。本研究通过阐明对表面水化动态的分子级控制，成功调和了两性离子水凝胶的防污性能与粘附性能之间的对立关系，为开发动态、智能材料表面提供了基础框架。