可见光固化与紫外触发解粘的双波长响应水凝胶胶粘剂：基于邻硝基苄基正交裂解的可控粘附技术

本研究创新性开发了一种基于邻硝基苄基（ONB）光裂解机制的双波长响应水凝胶胶粘剂，通过470 nm可见光引发聚丙烯酸（PAA）与ONB-PEGDMA交联实现高强度粘附（≈200 kPa），并利用365 nm紫外光触发ONB键断裂实现90秒内粘附强度四倍衰减。该系统采用樟脑醌（CQ）光引发剂与ONB正交响应设计，流变学分析显示UV照射后储能模量（G'）下降81.1%，为生物医学临时固定和可回收材料提供了时空精准可控的粘附解决方案。

　　

Abstract

可移除粘合剂在生物医学设备、临时固定和可回收材料领域具有重要应用价值。本研究提出了一种双波长响应水凝胶胶粘剂，通过470 nm可见光聚合实现强粘附，并利用365 nm紫外光诱导降解实现快速解粘。该系统采用樟脑醌（CQ）作为可见光引发剂，邻硝基苄基聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（ONB-PEGDMA）作为紫外可裂解交联剂，实现了聚合与降解的正交控制。ONB-PEGDMA的降解速率与光强呈正比，在20、50和100 mW cm^?2条件下的降解速率常数分别为0.155、0.278和0.669 min^?1。该水凝胶表现出强粘附力（≈200 kPa），并在100 mW cm^?2的365 nm照射下90秒内粘附强度降低四倍，实现了高效移除。流变学分析证实紫外照射后储能模量和交联密度显著下降，导致网络软化和结构失效。

1 Introduction

粘合剂在工业制造、电子组装、生物医学设备和伤口闭合等领域具有广泛应用。传统粘合剂如氰基丙烯酸酯基“超级胶水”和环氧树脂虽提供强耐久粘附，但难以移除。刺激响应胶粘剂通过热、光、电、磁或化学触发实现可控解粘，其中光响应粘合剂具有时空精度高和非接触激活优势。然而现有系统在粘附强度、响应性和易用性之间存在权衡。本研究设计了一种简单水凝胶配方，平衡易用性、良好粘附和快速紫外触发解粘。

水凝胶因其可调机械性能、柔韧性和湿环境适应性成为理想粘合材料。光响应水凝胶胶粘剂通常利用光诱导交联形成粘附，而非诱导快速有效解粘。开发兼具强粘附和易解粘的双波长响应水凝胶胶粘剂是响应性粘合技术的重大进步。

邻硝基苄基（ONB）衍生物因其在紫外光下的高效光解和合成易得性成为研究最广泛的光裂解官能团。本研究将ONB化学应用于设计新型双波长响应水凝胶胶粘剂，通过可见光聚合和紫外诱导快速降解实现粘附控制。

2 Results and Discussion

ONB-PEGDMA的合成通过核磁共振（NMR）、凝胶渗透色谱（GPC）和质谱（MS）确认。其水溶液在365 nm处吸收系数为1×10³ L mol^?1，400 nm以上吸收可忽略，确保与470 nm蓝光无干扰。紫外照射后310 nm处新峰出现，表明ONB降解。薄膜与溶液具有相似光降解动力学，且470 nm照射下ONB结构保持稳定。

NMR监测显示ONB-PEGDMA在D₂O中降解遵循一级动力学，20、50和100 mW cm^?2条件下的半衰期分别为4.47、2.49和1.03分钟。LC-MS证实双取代ONB结构发生双侧裂解，生成PEGMA-COOH。

将ONB-PEGDMA作为光不稳定交联剂加入丙烯酸聚合体系。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示980 cm^?1处C=C峰减少，表明80%转化率在2分钟内完成。流变测试显示PEGDA和ONB-PEGDMA配方具有相似凝胶行为。该水凝胶可粘附玻璃、橡胶、聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯、钢材和皮肤等多种材料。

丙烯酸（AA）浓度从10%增至30%时，粘附强度从30.1±4.4 kPa提升至179.4±10.6 kPa。PEGDA浓度在2%时粘附强度达到峰值。ONB-PEGDMA与PEGDA交联体系表现相似，表明ONB结构不影响粘附性能。

PAA30/ONB-PEGDMA2在20 mW cm^?2紫外照射10分钟后粘附强度从175.9±7.8 kPa降至98.6±8.5 kPa，20分钟后进一步降至48.5±5.4 kPa。流变分析显示储能模量（G'）从20.18 kPa降至6.74 kPa（降幅66.6%），交联密度从8.14×10^?6降至2.72×10^?6 mol cm^?3。100 mW cm^?2照射5分钟即可实现81.1%模量下降。扫描电镜（SEM）显示紫外照射后形成大量微孔，差示扫描量热法（DSC）测得玻璃化转变温度（T_g）从86.5°C降至80.3°C。

在10 N恒定拉力下，20、50和100 mW cm^?2紫外照射分别导致426±59.3秒、235±34.2秒和79±12.1秒内粘附失效。猪皮肤实验证实该水凝胶在生物医学应用的潜力。

3 Conclusion

本研究开发的双波长响应水凝胶胶粘剂通过可见光诱导聚合实现强粘附，紫外触发降解实现快速解粘。CQ和ONB的波长选择性实现了粘附与解粘的独立精准控制。紫外照射后储能模量和交联密度显著降低，导致网络软化和粘附失效。该设计为生物医学工程、临时固定和可回收系统提供了实用的智能粘附解决方案。

4 Experimental Section

实验部分详细描述了材料合成与表征方法：ONB-PEGDMA通过2-硝基间苯二甲酸还原后与PEGMA-COOH酯化合成；核磁共振在400/500 MHz谱仪完成；LC-MS采用C18柱以乙腈/水（含0.1%甲酸）流动相分离；流变测试在TA DHR-2流变仪进行；粘附测试使用万能试验机以1 mm min^?1速度拉伸；SEM样品经液氮冷冻断裂后喷金处理。所有化学试剂未经纯化直接使用，溶剂处理遵循标准无水操作流程。