[發明專利]一種基于凝膠干粉末復性實現在基底表面修飾凝膠的方法

在審

• 申請號: 201911335876.0
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111019481A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 賀泳霖;王亞培;楊兆祥
• 申請（專利權）人: 中國人民大學
• 主分類號: C09D163/00
• 分類號: C09D163/00;C09D4/02;C09D183/04;C09D133/26;C09D105/04;C09D189/00;B05D7/24
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王春霞

本發明公開了一種基于凝膠干粉末復性實現在基底表面修飾凝膠的方法。本發明提供的在基底表面修飾凝膠的方法包括如下步驟：(1)制備得到去除掉分散介質的凝膠干粉末；(2)在基底上修飾中間層溶液；(3)將凝膠干粉末鋪到中間層溶液中，進行固化；(4)經步驟(3)處理后的基底的表面與分散介質接觸，則凝膠干粉末恢復性質形成凝膠層，即實現在基底表面修飾凝膠。本發明直接利用凝膠干粉末進行修飾處理，通過中間層使得其與表面穩固地相互作用，然后凝膠干粉末與分散介質接觸，利用凝膠在失去分散介質?得到分散介質循環中的性質可逆性，實現表面黏附與在分散介質中成膠兩個步驟的分離，使得凝膠涂層的處理更加高效，使工業大規模生產和應用成為可能。

技術領域

本發明涉及一種基于凝膠干粉末復性實現在基底表面修飾凝膠的方法，屬于表面處理相關領域。

背景技術

生物醫學設備、人體植入器件的表面性質對其使用具有重要影響，如超聲測試過程中要求探頭與測試部位具有良好的親和性并保持足夠的潤滑，從而避免氣泡的干擾，保證測試的順暢進行；在人工關節中，骨臼與骨頭的連接處需要極好的潤滑性來避免雙方的磨損；除此之外，具備親水性和低摩擦力的表面在微流控芯片、海洋防污涂層等領域也都有重要的應用。

以水凝膠為代表的凝膠材料作為一種具備極好潤滑性及親水性的材料，在實際應用中非常適宜于此類應用，然而由于絕大多數水凝膠很難修飾到基底上，所以它往往只被用來充當填充物質，難以用做表面改性。

近兩年來，以水凝膠表面修飾為代表的相關方法開始逐漸引起學術界的關注，目前主要有兩種方法將凝膠層修飾到表面：表面微結構物理鑲嵌和化學鍵連接。

第一種方法首先通過在基材表面構建粗糙結構，形成大塊鏤空的微納米乃至毫米尺度的表面形貌，繼而將凝膠前驅體溶液填充粗糙孔洞結構，固化后在兩者界面上形成機械聯鎖的結構實現水凝膠表面的修飾(Adv.Funct.Mater.2019,1901693.)。該方法雖然可以理論上實現任意凝膠和任意基材的結合，但由于兩者結合力(粘附力)很弱，而且鏤空結構的形成往往降低了表面的強度，導致該方法在很多對表面修飾強度要求高的場景中效果不佳。

第二種方法是通過在基材和凝膠材料之間形成強的化學相互作用，來實現兩者之間的結合。目前，哈佛大學鎖志剛課題組通過硅烷偶聯劑使得水凝膠和基材之間形成強的共價鍵作用，最終將該方法應用于對彈性體和金屬基底表面進行水凝膠修飾(Adv.Mater.2019,1903062.)；麻省理工學院趙選賀課題組通過在水凝膠前驅體聚合過程中，將界面處的水凝膠分子鏈接枝到彈性體分子鏈上，使得水凝膠與彈性體分子鏈之間相互纏繞且形成強力的鍵合，最終實現PDMS和Ecoflex表面修飾耐磨損、抗形變的水凝膠“皮膚”(Adv.Mater.2018,1807101.)。該方法雖然可以實現水凝膠和基材之間的強力結合，但還存在以下缺點：

(1)該類方法需要對表面進行預處理，如溶脹或者陽等離子體轟擊，以便引入反應活性位點，這一步驟限制了表面的材料類型和表面尺寸；

(2)該類方法需要單體原位聚合，其活性單體的保存、運輸等要求嚴格，由于水溶性單體、引發劑本身具有可以擴散的生物毒性，該工藝難以在生物組織上直接運用。

該類方法需要凝膠中的高分子鏈段與表面對應基團能發生反應，這就限制了凝膠分子的類型，通常需要對凝膠高分子鏈段或者單體進行提前修飾。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于凝膠粉末復性實現在基底表面修飾凝膠的方法，能夠實現在不同基底表面修飾凝膠。

本發明規避了分散介質給凝膠涂層使用常規方法黏附表面時帶來的不利影響，直接利用凝膠干粉末進行修飾處理，通過中間層使得其與表面穩固地相互作用，然后凝膠干粉末與分散介質接觸，利用凝膠在失去分散介質-得到分散介質循環中的性質可逆性，實現表面黏附與在分散介質中成膠兩個步驟的分離，使得凝膠涂層的處理更加高效，使得工業大規模生產和應用成為可能。