光致可剥离粘合剂

供稿人:王慧超 连芩

粘合剂是聚合物材料的一种，它常被用于生物医学设备、伤口敷料、药物输送等医学和工程学研究。粘合剂的强粘附性主要依赖于聚合物材料之间形成共价键，但是某些情况下完成功能后需要去除粘附物，如伤口敷料，这类粘合剂的剥离就很困难。一些传统粘合剂通过化学改性，可以在温度变化（如环氧树脂）或光线照射（如压敏粘合剂）时分离，但它们通常具有细胞毒性及在湿环境下（如凝胶）的无效性。因此，实现粘合剂的强粘附性和易于剥离是研究粘合剂的难题。

西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室高扬博士和哈佛大学锁志刚团队在《先进材料》上发表了关于可分离粘合剂的文章，提出了一种具有强粘附性及易于剥离的粘合剂。首先，在两片聚丙烯酰胺（PAAm）水凝胶上涂上聚（丙烯酸）（PAA）水溶液，由于不具有用于键合的官能团，所以水凝胶不会相互粘附。然后，在其中一个水凝胶表面涂上加入Fe3+的柠檬酸水溶液，再将两个水凝胶贴合，由于Fe3+的存在，与PAA聚合物中的羧基形成配位络合物，从而实现了强粘附性。为了实现粘合剂的剥离，将上述相互粘附的水凝胶置于紫外光下几分钟，Fe3+将被还原成Fe2+，配位络合物解离，从而实现了相互粘附水凝胶的剥离。该过程如图1所示。

图1 两片聚丙烯酰胺（PAAm）水凝胶的光致剥离粘合性。 a）在两个PAAm表面上铺上聚丙烯酸（PAA）的水溶液，并使PAA链扩散到PAAm水凝胶中。 b）在一个PAAm表面上涂布具有受控pH的Fe3 +和柠檬酸的水溶液，并将两个水凝胶贴合，使得两个PAAm水凝胶强烈粘附。 c）在粘附的水凝胶上照射紫外线，将Fe3 +还原成Fe2 +，并使PAA脱羧，实现剥离。 d-f）界面的SEM图像。 g-i）剥离试验的照片。

该研究指出，这种可剥离的粘合方法不仅适用于水凝胶，同样适用于弹性体和无机固体。在研究中他们使用二苯甲酮在弹性体表面涂覆了一层薄薄的水凝胶， 然后通过Fe3 +交联的PAA聚合物将水凝胶涂覆的弹性体和一块水凝胶缝合在一起。他们类似地实现了两种弹性体之间、无机固体和水凝胶之间以及弹性体和无机固体之间的光可剥离粘合。弹性体与水凝胶之间的可剥离粘合可用于皮肤伤口敷料研究，既实现了伤口敷料与皮肤的强粘附性，功能完成后可进行无创和无痛分离。这种可剥离的粘附方法也可用于透皮药物的输送，有助于柔性器件的制造等，为医学和工程创新提供了新的思路。

参考文献：
Yang Gao, Kangling Wu, and Zhigang Suo. Photodetachable Adhesion [J]. Advanced Aaterials, 2019 Feb;31(6):e1806948

供稿人:王慧超 连芩 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室