隨著基于凝膠的柔性電子學、生物醫(yī)學器件、傷口敷料、藥物輸送和水凝膠離子電子學的發(fā)展，凝膠和凝膠，凝膠和彈性體、無機物等界面的粘合尤為重要。除此在外，在其他應用場景中，部分凝膠在發(fā)揮作用以后需要在不損傷被粘附表面的情況下剝離。如何實現粘合劑的高強粘附與溫和剝離這個看似矛盾的問題，一直是研究的熱點。

　　哈佛大學鎖志剛教授領導的研究團隊采用了一種“拓撲粘合”的技術。選用兩片共價聚合物網絡凝膠，選取的凝膠和凝膠之間沒有強相互作用力，保證凝膠自身的粘附較弱，這里采用的聚丙烯酰胺凝膠(PAAm)。研究人員開發(fā)出一種雙組分膠水，分別是含有“縫合線”—聚丙烯酸高分子鏈的水溶液，以及鐵離子和檸檬酸溶液。首先在被粘附物表面涂布聚丙烯酸(PAA)水溶液，在一段時間后，PAA擴散到PAAm基體內部形成互穿網絡。之后涂布鐵離子和檸檬酸溶液并給與一定的壓力，使得聚丙烯酸上的羧基和Fe3+發(fā)生配位交聯，實現凝膠之間的高強度粘附。

　　那么如何實現溫和、不損傷被粘附物的剝離呢?其實很簡單，將粘合后的兩塊凝膠暴露在紫外光下，Fe3+被還原成Fe2+，使配位作用減弱，從而達到輕松剝離的目的，實現光剝離粘合過程。

　　相關工作以《Photodetachable Adhesion》為題目，發(fā)表在Advanced Materials上。第一作者為Gao Yang。

　　圖文速遞

　　圖1.強粘合及光剝離粘合機理。采用兩片共價聚合物網絡凝膠作為被粘物，聚合物鏈水溶液作為粘結劑。(a)為了使兩片凝膠緊密地粘接，這里的粘結劑--“縫合”聚合物鏈與界面兩側的鏈段發(fā)生拓撲纏結，在原位形成網絡。(b)為了使兩片凝膠易于剝離，特定頻率范圍的光破壞“縫合”聚合物鏈網絡。

　　圖2.兩片聚丙烯酰胺(PAAm)的光剝離粘合。(a)將聚丙烯酸(PAA)水溶液涂布在丙烯酰胺凝膠的表面，使得PAA鏈段能夠擴散浸入PAAm凝膠。(b)之后在凝膠表面涂布一定pH的Fe3+和檸檬酸水溶液，并將另一片凝膠壓在此凝膠之上，Fe3+擴散到凝膠中，將擴散入凝膠中的PAA鏈段交聯，與此同時和凝膠中的PAAm發(fā)生拓撲纏結。(c)在粘結后的凝膠上照射紫外光，將Fe3+還原成Fe2+，脫去羧基，這樣兩片PAAm凝膠就很容易的被剝離。(d-f)界面的SEM照片。(g-i)剝離測試的照片。

　　圖3.粘附能與幾個變量之間的關系。首先，PAA溶液與PAAm凝膠進行互穿20分鐘，之后，加入pH為3的Fe3+和檸檬酸水溶液，將兩片凝膠粘合30分鐘。為了剝離，將粘合后的凝膠在紫外光(365nm，60mW·cm-2)下照射3分鐘。采用控制變量法對各個變量的影響進行測定。(a)Fe3+和檸檬酸水溶液的pH對粘合能的影響。(b)紫外光強增加，粘附能降低。(c)暴露在陽光下，粘附能能夠在很長時間內保持穩(wěn)定。(d)粘附能隨著互穿時間的增加而增加。(e)粘附能隨著粘結時間的增加而增加。(f)粘附能隨著紫外輻射時間的增加而降低。

　　圖4.對于不同“縫合”聚合物和凝膠在紫外輻射之前/之后的粘附能。(a)采用不同的“縫合”聚合物：PAA、海藻酸鹽、羧甲基纖維素(CMC)和透明質酸(HA)粘合兩片PAAm凝膠。(b)PAA鏈段用于粘結不同凝膠： PAAm凝膠、海藻酸鹽-PAAm凝膠、PDMA凝膠和PVP凝膠。

　　圖5.不同被粘物的光剝離粘合：(a)凝膠-彈性體;(b)凝膠-無機固體;(c)彈性體-彈性體;(d)彈性體-無機固體

　　全文鏈接：

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201806948

　　來源：高分子科學前沿