我們先來看三幅圖。 

　　圖1 （a）人體關(guān)節(jié)系統(tǒng)剖面圖；(b) 水凝膠面膜照片；(c) 類血管網(wǎng)絡(luò)水凝膠結(jié)構(gòu)化材料照片　  

　　最左邊，是我們?nèi)梭w關(guān)節(jié)系統(tǒng)剖面圖；中間，是一張水凝膠面膜；最右邊，是一張類血管網(wǎng)絡(luò)水凝膠結(jié)構(gòu)化材料照片。　　  

　　你可能會納悶了，為什么要把這三樣看起來八竿子打不著的東西放在一起呢？嗯，其實他們都與一樣事物非常相關(guān)，那就是凝膠。　　  

　　比如我們關(guān)節(jié)系統(tǒng)，骨頭表面的這層關(guān)節(jié)軟骨很容易被破壞，關(guān)節(jié)系統(tǒng)潤滑失效了，引發(fā)一系列病變。這時候，就需要人工關(guān)節(jié)材料進行置換，如果在人工關(guān)節(jié)材料表面生長出類軟骨潤滑膜，這樣就能減輕很多患者的煩惱。　　  

　　比如面膜，這種水凝膠面膜是可以為個人量身訂造的，無需復(fù)雜的模板技術(shù)，便在模具上原位生長出與自己面部輪廓完全匹配的面膜。　　  

　　比如血管網(wǎng)絡(luò)，科學家們正在考慮如何利用凝膠來制造出類似于血管復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型體，用于生物醫(yī)學中血管前期病理的研究診斷。　　  

　　這些都是凝膠的廣泛用途，而如何去構(gòu)筑上述這些材料體系呢？這時候我們需要考慮發(fā)展一種通用的在材料表面修飾水凝膠的技術(shù)。　　  

　　最近，中科院蘭州化物所周峰研究團隊的科研人員就發(fā)明了一種名為“表面催化引發(fā)自由基聚合技術(shù)（SCIRP）”的方法，可以很好地在多種材料表面可控地生長水凝膠，給材料表面蒙上一層“面膜”。　　  

　　而這一方法來自科研人員前期實驗中的敏銳發(fā)現(xiàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)將鐵絲浸沒到單體預(yù)聚液中后，其表面會包覆一層水凝膠膜。這是因為鐵絲表面的二價鐵和預(yù)聚液中的過硫酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，降低了自由基聚合過程中鏈引發(fā)的活化能，使得鐵絲表面能夠在室溫下原位地生成水凝膠潤滑膜（圖2）。 

　　圖2 表面催化引發(fā)自由基聚合技術(shù)（surface catalytically initiated radical polymerization- SCIRP）用于材料表面修飾水凝膠涂層示意圖和鏈引發(fā)步活化能分布曲線圖。　　  

　　基于實驗結(jié)果，研究人員發(fā)展了一種通用的在材料表面修飾水凝膠的技術(shù)。他們通過不同的成型技術(shù)將鐵催化劑復(fù)合到了不同的基體材料中（包括聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、PDMS、PTFE、偏氟乙烯、UHMWPE、PEEK、陶瓷、金屬間化合物等），制備得到了含鐵催化劑的一系列復(fù)合材料。 　　  

　　實驗結(jié)果表明，在室溫下將復(fù)合材料浸入到含有多種單體的預(yù)聚液中，經(jīng)過很短的反應(yīng)時間復(fù)合材料表面即可通過原位聚合包覆一層均勻的水凝膠膜，進而快速地改變了材料表面的潤濕和潤滑特性。這就是我們上文提到的SCIRP技術(shù)。最近該成果在線發(fā)表在Advanced Materials 上。　　  

　　利用SCIRP技術(shù)，研究人員還成功制得了復(fù)雜結(jié)構(gòu)三維水凝膠管材料。他們發(fā)現(xiàn)，當以鐵絲或棒狀含鐵復(fù)合材料作為生長模板時，移除模板后可獲得中空水凝膠管。于是，他們拓展了凝膠管的化學組分，成功制備得到了8至9種不同化學組分的水凝膠管材料。通過使用多根鐵絲作為生長模板，可制備得到具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維水凝膠管材料（圖3）。 

　　圖3 鐵表面引發(fā)聚合策略用于構(gòu)筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)高強度水凝膠管材料　　  

　　該項工作是材料學界第一次從化學聚合角度成功制得中空水凝膠管材料，與傳統(tǒng)的模板澆筑法和3D打印擠出成型技術(shù)相比具有明顯不同。研究人員將制得的中空水凝膠管作為人工血管組織模型體與內(nèi)皮細胞（PAEC）進行共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)12天之后，凝膠管內(nèi)壁形成了連續(xù)的內(nèi)皮層，并出現(xiàn)了α-平滑肌肌動蛋白的特異性表達，這表明制得的凝膠管具有用作人工血管模型的潛力。　　  

　　最近，該研究在線發(fā)表在 Chemistry of Materials 上（DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b02532）。　　  

　　以上工作的第一作者為蘭州化物所麻拴紅博士，他開玩笑地將SCIRP方法稱之為“單體溶液浴法”。通過“單體溶液浴”為材料貼上一層“面膜”展示了廣闊的應(yīng)用前景。基于SCIRP聚合方法，研究人員正在發(fā)展一系列功能性材料，包括層狀人工血管模型材料、水下軟驅(qū)動材料、智能微流控材料、生物潤滑材料、親水減阻材料以及乳液分離材料等。周峰研究員相信SCIRP技術(shù)的出現(xiàn)將推動材料學科多個領(lǐng)域的發(fā)展。