四川
摘要
涂层将凝胶材料的超润湿性、生物相容性、离子导电性等先进功能赋予传统固体材料。近年来，针对环境适应性、生态友好性和用户需求等目标，涌现出许多制备凝胶涂层的新策略。本文首先总结了凝胶与基底间不同类型的界面相互作用，讨论了在多种固体表面制备高粘附性凝胶涂层的通用原则，重点介绍了氧耐受性和普适性粘接策略等实际特性，并列举了水凝胶和有机凝胶涂层的潜在应用。最后，探讨了凝胶涂层技术当前的挑战与未来发展方向。
1. 引言
过去几十年间，凝胶涂层的多样化功能（如药物递送、润滑性、光/离子导电性、防冰性、抗生物污染能力等）已趋于成熟。已有综述聚焦于凝胶涂层的固有功能或特定应用，例如Suo等人总结了不同功能水凝胶涂层在多种基底上的强粘附策略与评估方法，Rühe等人深入探讨了水凝胶涂层的生物医学应用。当前研究逐渐转向以应用为导向，因为不同领域用户在实际场景中使用凝胶涂层时总会遇到新问题。例如，生物医学领域对血液相容性、生物降解性和药物控释能力有严格要求，而工程领域更关注凝胶涂层在干/湿、冷/热条件下的长期机械稳定性。这些挑战催生了新的凝胶涂层制备技术，而非单纯提升其应用性能。
2. 凝胶与基底的相互作用类型
为实现凝胶涂层与金属、玻璃、陶瓷、塑料、弹性体等材料的强粘附，研究者探索了多种界面键合机制，包括共价键、非共价键、拓扑缠结和底漆粘合剂（图2）。
2.1 共价键
共价键因强度高、稳定性好，被广泛用于不同基底的界面粘接。常用的共价键类型包括Si-O键、C-C键、酰胺键、席夫碱键等。通常需在凝胶或基底表面设计互补官能团以实现共价交联，或通过疏水性引发剂对基底进行预处理，随后进行原位自由基聚合。
2.2 非共价键
非共价键（如氢键、静电作用、金属配位、疏水相互作用等）在生物体中广泛存在，常被用于水下粘附、组织粘合和刺激响应材料。
2.3 拓扑缠结
拓扑缠结需要基底为多孔或软质材料，通过温度、pH或溶剂等刺激引发聚合物链扩散并形成缠结。
2.4 底漆粘合剂
通过添加底漆粘合剂（如氰基丙烯酸酯、聚多巴胺等）可直接实现凝胶与基底的强粘附，无需复杂表面修饰。实际应用中，通常需结合多种相互作用以提升涂层稳定性。
3. 凝胶涂层的制备方法
3.1 氧敏感法
需在无氧条件下通过原位聚合制备凝胶涂层，包括表面桥接/引发和邻苯二酚基粘附等策略（图3-4）。尽管粘附性强，但依赖模具且操作复杂，限制了其大规模应用。
3.2 氧不敏感法
近年来发展的新策略更注重用户友好性和环境友好性：
底漆法：通过底漆（如环氧树脂、纳米颗粒胶水）作为中间层增强粘附（图5）。
凝胶贴片法：预制的凝胶贴片通过物理或化学作用粘附于基底（图6）。
自驱动表面催化引发聚合：利用邻苯二酚的粘附与金属离子催化实现室温聚合（图7）。
涂漆法：将未交联的凝胶涂料涂覆至基底后触发固化（图8），兼具环保性与易操作性。
水凝胶涂层凭借优异的生物相容性和湿态粘附性，可替代缝合线用于伤口闭合（图9B-C），减少术后并发症。例如，可降解水凝胶贴片能动态密封器官创面，注射型水凝胶可快速止血并促进愈合（图9D）。
4.2 止血针头涂层
针头表面涂覆壳聚糖或邻苯二酚基水凝胶，可在穿刺后快速形成密封膜，实现即时止血（图10A）。
4.3 抗凝血与抗炎涂层
水凝胶涂层的亲水性和抗蛋白吸附能力可减少医疗器械（如血管支架）的血栓形成风险（图10B）。
4.4 防冰涂层
有机凝胶涂层通过疏水表面或自润滑设计（如硅油/石蜡掺杂PDMS），显著降低冰附着强度，适用于飞机、电网等极端环境（图10C）。
4.5 其他应用
凝胶涂层还可用于油水分离、海洋防污、柔性电子器件和人机界面等领域。
5. 总结与展望
尽管凝胶涂层在仿生工程和生物医学领域展现出独特优势，但其成分稳定性（如溶胀变形）和规模化制备仍是主要挑战。未来需针对特定应用场景优化合成路线，例如设计高机械强度的水凝胶以适配体内环境，或开发无保湿剂的离子导电凝胶以提升安全性。通过跨学科合作与技术创新，凝胶涂层有望在工业和医疗领域实现更广泛的应用。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D4TA02586E
来源：高分子凝胶与网络
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