粘性水凝胶被广泛的应用到伤口敷料、医用电极、组织粘合剂和可穿戴设备等生物医用领域。然而由于水凝胶含有大量的水，其中水分子会与水凝胶的聚合物产生氢键作用，明显的削弱了水凝胶的粘性行为，因此对水凝胶粘性行为的研究显得极为重要。目前粘性水凝胶的研究大多是围绕贻贝、藤壶和沙塔虫等仿生粘结机理，主要依靠多巴胺分子提供的氢键、金属络合和疏水作用等物理粘结。由于邻苯二酚分子极易氧化变成苯醌，导致多巴胺基粘性水凝胶的粘性无法长时间保存和反复使用,极大限制了粘性水凝胶的应用范围。碱基是一种性质稳定的含氮杂环化合物，是DNA重要的组成部分，具体包括：腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。DNA的复制和蛋白质的表达都是依靠碱基分子在体液环境下的互补配对作用所实现的，例如：腺嘌呤-胸腺嘧啶、鸟嘌呤-胞嘧啶、腺嘌呤-尿嘧啶。基于碱基的独特分子结构，我们推测这些碱基分子在水凝胶中仍能依靠其强大的分子识别作用与其他组分产生氢键、疏水作用、金属络合和π-π堆积而获得粘结性能。
近日，长春工业大学高光辉教授（独立通讯作者）课题组提出了碱基仿生增粘方法，将碱基分子引入到水凝胶中，成功获得了具有优异性能的碱基增粘水凝胶。相关工作以Bioinspired Adhesive Hydrogels Tackified by Nucleobases 为题发表在Advanced Functional Materials 杂志上。该论文第一作者为2017级硕士研究生刘鑫同学。
本论文内容是将腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶以及尿嘧啶等五种碱基分子分别独立改性聚丙烯酰胺并对水凝胶粘性行为进行研究，提出碱基分子仿生增粘水凝胶策略。基于碱基的分子结构，可与固体表面产生多种物理粘结作用，例如：氢键、金属络合、疏水作用和π-π 堆积作用。因此，碱基仿生增粘水凝胶对广谱材料具有优异的粘结性能。碱基仿生增粘水凝胶对聚四氟乙烯、塑料、玻璃、橡胶、钢铁和木头表现出了优异的粘性。此外，碱基增粘水凝胶对生物组织也展示出了优异的粘性性能。这五种碱基增粘水凝胶对小鼠的心肝、脾、肺、肾、头骨以及肌肉均具有良好的粘性行为。这种具有优异粘结性能的碱基水凝胶将在伤口敷料、可穿戴设备和组织粘合剂等方向极具应用前景。此外，每种碱基增粘水凝胶对不同材料展示不同粘结强度。在剥离力测试中，碱基仿生增粘水凝胶对铝合金、玻璃、硅胶、钛合金以及猪皮等材料表现出不同的粘结强度。与其他材料表面相比较，碱基仿生粘性水凝胶在铝合金表面上的粘附力最高。同时，碱基增粘水凝胶对钛合金板和猪皮基质也表现出了较强的粘结性能。这种碱基仿生增粘水凝胶有望应用到伤口敷料、医用电极、组织粘合剂和可穿戴设备等领域。
简介：
高光辉教授早期研究方向为环境响应高分子胶束为载体的分子成像与药物缓释。独立组建团队后，2014年开始尝试进入水凝胶材料研究领域，主要研究方向定位为高分子凝胶材料粘韧行为与柔性器件。该团队将乳液聚合与水凝胶体系结合，提出了乳液粒子作为缔合中心诱导疏水分子有效聚集增韧水凝胶的概念，获得了具有超高韧性水凝胶材料，力学强度达到了兆帕级，同时探索其作为柔性器件应用的可行性。近年来，在Advanced Functional Materials, ACS Applied Materials & Interfaces, Soft Matter, Polymer, Journal of Colloid and Interface Science, Applied Surface Science等国际学术期刊发表了一系列研究论文。课题组网页：www.ghgao.polymer.cn
