西安交通大學(xué)和哈佛大學(xué)提出強(qiáng)粘附性及易于剝離的粘合劑

作者：王慧超 連芩  3D打印分會(huì)中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)

粘合劑是聚合物材料的一種，它常被用于生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、傷口敷料、藥物輸送等醫(yī)學(xué)和工程學(xué)研究。粘合劑的強(qiáng)粘附性主要依賴于聚合物材料之間形成共價(jià)鍵，但是某些情況下完成功能后需要去除粘附物，如傷口敷料，這類粘合劑的剝離就很困難。一些傳統(tǒng)粘合劑通過化學(xué)改性，可以在溫度變化（如環(huán)氧樹脂）或光線照射（如壓敏粘合劑）時(shí)分離，但它們通常具有細(xì)胞毒性及在濕環(huán)境下（如凝膠）的無效性。因此，實(shí)現(xiàn)粘合劑的強(qiáng)粘附性和易于剝離是研究粘合劑的難題。


西安交通大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高揚(yáng)博士和哈佛大學(xué)鎖志剛團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)材料》上發(fā)表了關(guān)于可分離粘合劑的文章，提出了一種具有強(qiáng)粘附性及易于剝離的粘合劑。首先，在兩片聚丙烯酰胺（PAAm）水凝膠上涂上聚（丙烯酸）（PAA）水溶液，由于不具有用于鍵合的官能團(tuán)，所以水凝膠不會(huì)相互粘附。然后，在其中一個(gè)水凝膠表面涂上加入Fe3+的檸檬酸水溶液，再將兩個(gè)水凝膠貼合，由于Fe3+的存在，與PAA聚合物中的羧基形成配位絡(luò)合物，從而實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)粘附性。為了實(shí)現(xiàn)粘合劑的剝離，將上述相互粘附的水凝膠置于紫外光下幾分鐘，F(xiàn)e3+將被還原成Fe2+，配位絡(luò)合物解離，從而實(shí)現(xiàn)了相互粘附水凝膠的剝離。該過程如圖1所示。

圖1 兩片聚丙烯酰胺（PAAm）水凝膠的光致剝離粘合性。a）在兩個(gè)PAAm表面上鋪上聚丙烯酸（PAA）的水溶液，并使PAA鏈擴(kuò)散到PAAm水凝膠中。b）在一個(gè)PAAm表面上涂布具有受控pH的Fe3 +和檸檬酸的水溶液，并將兩個(gè)水凝膠貼合，使得兩個(gè)PAAm水凝膠強(qiáng)烈粘附。c）在粘附的水凝膠上照射紫外線，將Fe3 +還原成Fe2 +，并使PAA脫羧，實(shí)現(xiàn)剝離。d-f）界面的SEM圖像。g-i）剝離試驗(yàn)的照片。

該研究指出，這種可剝離的粘合方法不僅適用于水凝膠，同樣適用于彈性體和無機(jī)固體。在研究中他們使用二苯甲酮在彈性體表面涂覆了一層薄薄的水凝膠， 然后通過Fe3 +交聯(lián)的PAA聚合物將水凝膠涂覆的彈性體和一塊水凝膠縫合在一起。他們類似地實(shí)現(xiàn)了兩種彈性體之間、無機(jī)固體和水凝膠之間以及彈性體和無機(jī)固體之間的光可剝離粘合。彈性體與水凝膠之間的可剝離粘合可用于皮膚傷口敷料研究，既實(shí)現(xiàn)了傷口敷料與皮膚的強(qiáng)粘附性，功能完成后可進(jìn)行無創(chuàng)和無痛分離。這種可剝離的粘附方法也可用于透皮藥物的輸送，有助于柔性器件的制造等，為醫(yī)學(xué)和工程創(chuàng)新提供了新的思路。

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


作者：王慧超 連芩  3D打印分會(huì)中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)