《JCIS Open》：Surface Modification of Soft Materials (Polymers and Hydrogels) Using Plasma: Mechanisms, Strategies, and Emerging Applications
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软材料（如天然与合成水凝胶、弹性体及硅基聚合物）普遍面临表面能低、界面黏附弱以及因表面老化导致的疏水恢复等问题，制约其在生物医学与功能器件中的性能。研究人员指出，等离子体辅助表面改性提供了一种可控且无需溶剂的界面调控途径，可在不改变体相性质的前提下修饰表面化学
软材料（如天然与合成水凝胶、弹性体及硅基聚合物）普遍面临表面能低、界面黏附弱以及因表面老化导致的疏水恢复等问题，制约其在生物医学与功能器件中的性能。研究人员指出，等离子体辅助表面改性提供了一种可控且无需溶剂的界面调控途径，可在不改变体相性质的前提下修饰表面化学与形貌。该综述从机制层面系统梳理了冷等离子体对软材料的作用：物理主导效应包括刻蚀、溅射与纳米粗糙化；化学主导效应涵盖交联、自由基生成、表面活化、官能团引入、氧化与亲水化。研究人员进一步整合了等离子体功率、气体种类、压力、处理时间与流速等关键工艺参数，并拓展至天然/合成水凝胶及PDMS、硅橡胶、SBR、NBR、NR、PU等弹性体系。活性氧氮物种（RONS）在水凝胶界面功能与生物活性调控中具有核心作用。文章还总结了纳米粗糙化、选择性去除、褶皱成形与自然启发结构化等策略，并讨论表面稳定性、疏水恢复与长期耐久性等挑战，为面向应用的下一代等离子体工程软材料界面提供设计路线。
研究背景与问题提出
软材料（soft materials）因可变形性强、透明、生物相容性佳，被广泛用于组织工程、药物递送与生物医学器件。然而，水凝胶、聚二甲基硅氧烷（PDMS，polydimethylsiloxane）、硅橡胶及各类弹性体本征存在低表面能、弱润湿、界面黏附差、长期不稳定等缺陷；氧等离子体处理后虽可短期亲水化，但极性基团会向体相翻转、低分子量组分向表面迁移，引发疏水恢复（hydrophobic recovery）。传统喷砂、酸蚀、溶剂涂层易带来残留与体相损伤。冷等离子体（cold plasma）以非平衡态实现表面选择性改性，电子高温而重粒子近室温，可在不热降解前提下引入活性位点，但缺乏统一机制—参数—性能框架，也缺少跨水凝胶/弹性体/硅聚合物的系统综述。
研究人员开展的工作与结论意义
研究人员通过Scopus检索2015至2026年约190篇文献、筛出159篇高相关论文，建立“等离子体—材料相互作用机制 × 工艺参数 × 纳米结构化 × 界面性能”的统一评述框架。结论上：冷等离子体对软材料是物理—化学耦合过程；工艺参数需以电子密度、离子通量、自由基通量等等离子体状态量而非标称功率来解释；水凝胶因含水网络引入等离子体—水—聚合物三元界面，RONS（reactive oxygen and nitrogen species，活性氧氮物种）输运决定生物活性持久性；疏水恢复与弱边界层是临床转化核心瓶颈。该工作意义在于为下一代血浆工程软界面提供可迁移设计路线。
主要关键技术方法
研究人员采用文献系统综述方法，以Scopus标题/摘要/关键词检索软材料等离子体表面改性文献，按高影响因子与主题相关性筛选；构建冷等离子体分类体系（按压力、电源、气体、放电构型），并将工艺参数映射为等离子体状态量（电子温度、自由基通量、离子能量）。针对水凝胶体系，建立RONS在水相—聚合物网络中的生成、扩散与消耗模型；针对聚合物体系，归纳刻蚀、交联、褶皱失稳等形貌演化机制。无独立实验队列，证据来自已发表实验研究的元归纳。
研究结果
- 2.
Types of plasma used for soft materials（软材料用等离子体类型）
研究人员按压力、电源、气体与反应器构型分类：低压等离子体适于精细功能化，大气压等离子体适于含水体系；RF（radio frequency，射频）等离子体常用，DBD（dielectric barrier discharge，介质阻挡放电）适于常压活化，等离子体射流、电晕放电用于局部改性。气体决定化学路径：O?/空气引入含氧极性基团，Ar偏物理清洗，N?引入含氮界面键。
- 3.
Plasma - materials interaction mechanism（等离子体—材料相互作用机制）
物理主导：刻蚀、溅射、纳米粗糙化，提供机械互锁；化学主导：自由基形成、表面活化、交联、官能团（–OH、C=O、–COOH、–NH?）引入、氧化亲水化。过度暴露会产生低分子量氧化碎片与弱边界层，使润湿性提升却不必然增强黏附。
- 4.
Factors affecting plasma-induced surface modifications（影响改性的因素）
功率、气体种类、处理时间、流速、压力与基材表面化学非独立作用。研究人员强调应以“参数—等离子体特征—表面剂量—响应”框架替代单参数优化；累积通量（fluence）比单纯时间更能预测结果，电子密度与中性自由基通量共同决定功能化深度。
- 5.
Surface modification for hydrogels（水凝胶表面改性）
含水网络使等离子体作用于等离子体—水—聚合物界面。RONS中·OH、单线态氧短寿命，H?O?、NO??、NO??长寿命可扩散入网络。海藻酸经He等离子体链断裂、黏度下降；明胶经间接O?等离子体粗糙度升至约321 nm、储能模量翻倍；PVA、PEGDA、PHEMA等合成水凝胶经Ar/O?/空气等离子体获得亲水化、纳米毛刺与等离子聚合涂层，但随时间发生电荷消失与褶皱坍塌。
- 6.
Surface modification of soft polymers（软聚合物表面改性）
PDMS经O?等离子体形成类二氧化硅硬皮，因模量错配产生屈曲褶皱；硅橡胶、SBR、NBR、NR、PU存在类似疏水恢复。等离子聚合可沉积柔性扩散阻挡层，脉冲等离子保留官能团。
讨论与结论翻译
讨论指出，当前缺少跨平台黏附可比标准、缺少耦合RONS通量—交联—纳米形貌—疏水恢复动力学的统一模型，生理流体与循环变形下长期稳定性数据不足。结论如下：冷等离子体是软材料界面工程的有效表面选择性工具；未来应发展机器学习闭环控制、脉冲—接枝协同、长效抗疏水恢复结构，并建立机制—参数—性能统一设计框架，推动水凝胶与弹性体器件从实验室走向应用。
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