自然界中许多湿滑的生物组织具有典型的层状结构，进而赋予其独特的功能特性，水凝胶是制造类层状组织结构体的重要人工材料。从界面科学和材料制造角度出发，如何实现仿生层状湿滑水凝胶材料的按需制造，突破层数、层网络结构、几何尺寸、厚度、成分和力学性能在时间尺度上的精确调控颇具挑战。
中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室周峰研究员课题组提出了一种化学制备层状水凝胶材料的新方法，将其命名为紫外引发的表面催化引发自由基聚合（UV-SCIRP）。利用该方法可以成功制备具有可控厚度、组分、几何结构和尺寸的层状水凝胶润滑材料(图1-图2)。研究成果以 “Continuously Growing Multi-layered Hydrogel Structures with Seamless Interlocked Interface”为题发表在Matter杂志上。
图1. UV-SCIRP方法学制备多样化层状湿滑水凝胶材料的示意图
图2. 采用UV-SCIRP法制备层状结构水凝胶材料的创新设计思路与界面聚合机制图
通过UV-SCIRP方法制备得到的水凝胶材料层状特征明显、层数可控、层厚度均匀且可调；水凝胶层之间形成了致密的网络互锁，界面结合力强；通过控制所用单体溶液的化学组分，可获得组分交替的多层水凝胶材料（图3）。利用UV-SCIRP方法可以选择性地构筑图案化或梯度的层状水凝胶材料，不仅可以在平面基底上修饰凝胶润滑涂层，还可适用于各种具有复杂形状的水凝胶结构体，如平面、曲面、通道和球体，特别是该方法突破了在球形微凝胶表面生长水凝胶润滑涂层的技术难点。
图3. 利用UV-SCIRP方法制备多层的层状水凝胶材料
利用UV-SCIRP方法还可成功制备血管状多层水凝胶结构体，其层状结构明显，层厚均匀且可调，层与层之间形成了致密的互穿网络。通过控制凝胶涂层的后处理工艺，可以实现每层网络孔隙率和力学强度的精确调控；通过引入响应性单体组分，可在水凝胶管内嵌网络中生长出响应型水凝胶涂层，制备得到仿生智能型血管模型材料（图4）。
图4. 利用UV-SCIRP方法制备血管状多层水凝胶管
该工作提出了凝胶-单体溶液界面自催化聚合的新思想，发展了一种制备类组织层状湿滑水凝胶材料的新方法，UV-SCIRP方法学在表面润滑改性、组织工程、智能驱动器件与软体机器人等领域展现出重要的应用前景，将极大推进界面聚合科学和软物质材料技术的发展。
周峰研究员、麻拴红副研究员和贺曦敏教授为该论文的通讯作者，中科院大学徐蓉年博士为第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金项目、中科院先导B培育项目和中科院青年创新促进会等的资助。（来源：中国科学院兰州化学物理研究所）
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