水凝膠作為一種具備多維應用潛能的高分子材料，因高含水量、可控的力學效能、優異的滲透性、良好的生物相容性和類組織性等優點，被廣泛應用於不同領域，特別是在含水環境中，如組織工程、植入電子裝置和水下軟體機器人等，通常需要水凝膠黏附於基底表面。然而，水凝膠的高含水量和聚合物網路的高親水性，使其在溼環境中與接觸表面之間較難實現有效的黏附。因此，亟須建立一種新策略來改變水凝膠在溼環境中的黏附效能。
中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室研究員周峰課題組提出了一種逆轉水凝膠黏附效能的新策略。研究將更加成熟的溼黏附劑與水凝膠結合，基於表面溼黏附塗層修飾的方法，賦予了水凝膠高黏附強度和可多次重複的黏附效能。此外，該方法還可實現其他含兒茶酚基團功能聚合物在PVA水凝膠表面的修飾，如疏水功能改性。相關成果以Reversing Hydrogels Adhesion Property via Firmly Anchoring Thin Adhesive Coatings為題，發表在Advanced Functional Materials上。
由於空間位阻的限制，大量的修飾分子集中錨固於凝膠表面。因此，製備的功能塗層具有較薄的厚度和良好的結合，可承受多次磨耗測試。同時，薄的黏附修飾層也為結構水凝膠的改性提供了可能。該方法還可實現水凝膠表面的不對稱功能化，改性後的水凝膠表現出良好的不對稱黏附性和潤溼性。
該工作為水凝膠的溼黏附和不對稱功能改性提供了新策略，並提出了一種思路，即基於表面修飾，將水凝膠在含水環境中“弱”黏附難題交給高效能的溼黏附劑去克服。
此外，基於該方法研究人員製備出一種具有不對稱功能的自清潔黏附貼片。該貼片具有良好的水下防汙效能，可同時實現原油和海洋生物的汙損自清潔，具有優異的水下黏附效能和高透光率。該材料在海洋光學裝置防汙和自清潔方面具有潛在的應用前景。相關成果以Transparent Janus Hydrogel Wet Adhesive for Underwater Self Cleaning為題，發表在ACS Applied Materials & Interfaces上。
研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）培育專案和中科院青年創新促進會等的支援。
圖1.黏附水凝膠的製備流程及機理
圖2.水凝膠表面薄的黏附功能塗層
圖3.水凝膠的非對稱功能改性
圖4.可黏附水凝膠用於水下自清潔
來源：中國科學院生物物理研究所
