用凝胶能洗澡吗（用凝胶浴）

用凝胶能洗澡吗（用凝胶浴）最近，中科院兰州化物所科研人员就发明了一种名为“表面催化引发自由基聚合技术（SCIRP）”的方法，可以很好地在多种基底表面生长水凝胶材料，实现界面动态减摩抗磨。这些都是凝胶的广泛用途，而如何去构筑上述这些材料体系呢？这时候我们需要考虑发展一种通用的水凝胶表面修饰技术。比如我们关节系统，骨头表面的这层关节软骨很容易被破坏，关节系统润滑失效了，引发一系列病变。这时候，就需要人工关节材料进行置换，如果在人工关节材料表面生长出类软骨润滑膜，这样就能减轻很多患者的烦恼。比如面膜，这种水凝胶面膜是可以为个人量身订造的，无需复杂的模板技术，便在模具上原位生长出与自己面部轮廓完全匹配的面膜。比如血管网络，科学家们正在考虑如何利用凝胶来制造出类似于血管复杂结构的模型体，用于生物医学中血管前期病理的研究诊断。

我们先来看三幅图。

图1 （a）人体关节系统剖面图；(b) 水凝胶面膜照片；(c) 类血管网络水凝胶结构化材料照片

最左边，是我们人体关节系统剖面图；中间，是一张水凝胶面膜；最右边，是一张类血管网络水凝胶结构化材料照片。

你可能会纳闷了，为什么要把这三样看起来八竿子打不着的东西放在一起呢？嗯，其实他们都与一样事物非常相关，那就是凝胶。

比如我们关节系统，骨头表面的这层关节软骨很容易被破坏，关节系统润滑失效了，引发一系列病变。这时候，就需要人工关节材料进行置换，如果在人工关节材料表面生长出类软骨润滑膜，这样就能减轻很多患者的烦恼。

比如面膜，这种水凝胶面膜是可以为个人量身订造的，无需复杂的模板技术，便在模具上原位生长出与自己面部轮廓完全匹配的面膜。

比如血管网络，科学家们正在考虑如何利用凝胶来制造出类似于血管复杂结构的模型体，用于生物医学中血管前期病理的研究诊断。

这些都是凝胶的广泛用途，而如何去构筑上述这些材料体系呢？这时候我们需要考虑发展一种通用的水凝胶表面修饰技术。

最近，中科院兰州化物所科研人员就发明了一种名为“表面催化引发自由基聚合技术（SCIRP）”的方法，可以很好地在多种基底表面生长水凝胶材料，实现界面动态减摩抗磨。

图2 表面催化引发自由基聚合技术（surface catalytically initiated radical polymerization- SCIRP）用于材料表面修饰水凝胶涂层示意图和决速步活化能分布曲线图。

受摩擦学中“原位摩擦聚合理念”启发，研究人员在前期研究中发现将铁丝浸没到水凝胶预聚液中后，室温下铁丝表面会聚合形成一层具有低摩擦系数的透明水凝胶膜。当水凝胶膜被破坏之后，铁丝表面会重新生成新的凝胶润滑膜。

这是因为，磨损区域暴露出的二价铁和预聚液中的过硫酸根离子发生氧化还原反应，降低了自由基聚合过程中链引发（决速）步的活化能，使得磨损区域在室温下能够原位地生成水凝胶润滑膜。

基于实验结果，研究人员发展了一种通用的水凝胶表面修饰技术。他们通过不同的成型技术将铁催化剂复合到了不同的基体材料中（包括聚氨酯、环氧树脂、聚四氟乙烯、PDMS、PTFE、偏氟乙烯、UHMWPE、PEEK、陶瓷、金属间化合物等），制备得到了含铁催化剂的一系列复合材料。

实验结果表明，在室温下将复合材料浸入到水凝胶预聚液中，经过很短的反应时间复合材料表面即可通过原位聚合包覆一层均匀的水凝胶膜，进而快速地改变了材料表面的润湿和润滑特性。这就是我们上文提到的 SCIRP 技术。最近该成果在线发表在 Advanced Materials上。

利用 SCIRP 技术，研究人员还成功制得了复杂结构三维水凝胶管材料。他们发现，当以铁丝或棒状含铁复合材料作为生长模板时，移除模板后可获得中空水凝胶管。于是，他们拓展了凝胶管的化学组分，成功制备得到了8至9种不同化学组分的水凝胶管材料。通过使用多根铁丝作为生长模板，可制备得到具有复杂结构的三维水凝胶管材料（图3）。

图3 铁表面引发聚合策略用于构筑复杂结构高强度水凝胶管材料

该项工作是材料学界第一次从化学聚合角度成功制得中空水凝胶管材料，与传统的模板浇筑法和3D打印挤出成型技术相比具有明显不同。研究人员将制得的中空水凝胶管作为人工血管组织模型体与内皮细胞（PAEC）进行共培养，发现在培养12天之后，凝胶管内壁形成了连续的内皮层，并出现了α-平滑肌肌动蛋白的特异性表达，这表明制得的凝胶管具有用作人工血管模型的潜力。

最近，该研究在线发表在 Chemistry of Materials上（DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b02532）。

目前，研究人员已经发展了一系列功能性材料，包括层状人工血管模型材料、水下软驱动材料、智能微流控材料、生物润滑材料、亲水减阻材料以及乳液分离材料等，相信SCIRP技术的出现将推动材料学科多个领域的发展。

以上工作的第一作者为兰州化物所麻拴红博士，他开玩笑地将 SCIRP 方法称之位“凝胶浴法”。但同时麻博士也温馨提示大家，具有催化性的金属材料应该避免与反应活性较高单体进行接触，以免给材料带来破坏。