技术:MIT赵选贺团队让医疗器械长出柔软耐用的水凝胶皮肤

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资料来源:知社学术圈

插过胃肠镜和导管的人知道硬塑料橡胶在人体柔软的组织中拖动摩擦带来的痛苦。 另外，细菌容易附着在导管等医疗设备的表面，异物容易成长。 这些问题困扰着世界上成千上万的人。 水凝胶柔软多水，表面光滑，具有抗菌性，是与人体接触的最佳界面。 但是，如何在导管和内窥镜等各种医疗设备上实施足够厚且耐久的水凝胶涂层？ 这个问题一直是医疗器械和软材料行业的一大挑战。

mit赵选贺小组在年中首次提出了水凝胶牢固粘结的机制(图1 Anaturematerials 15，190-196 ( ) :水凝胶主体足够强韧，具有消散性，并且水凝胶和粘结物之间需要足够强的链接。 采用这一机制，赵选贺团队每年首次实现水凝胶与各种医疗用塑料橡胶材料的强韧粘接(图1 bnaturecomm 7，12028 ( ) )，年首次对简单形状的医疗设备进行强韧水凝胶涂层( ADVANN ) 但是医疗器械一般有很多复杂的形状，其内外表面可能不平坦(图1c )。

多形状复杂的医疗设备，如何实现柔软耐久、足够厚的水凝胶涂层(图1c )？ mit赵选贺队与华中科技大学臧剑锋队合作给出了答案:多在杂医疗器械表面生长出了可控的厚度灵活耐久的水凝胶皮肤。 论文发表于advanced materials ( 1807101 ( ) )，华中科技大学臧剑锋队青年教师喻研，mit博士生hyunwoo yuk，german parada是论文共同第一作者，mit赵选贺教授是论文通信作者。

以往的做法，例如浸渍涂布法等，难以得到均匀厚度的水凝胶涂布，不适合医疗器械的内表面和很多复杂的表面。 合作小组提出了新的方法。 他们通过等离子体解决和溶胀渗透使现有医疗设备材料(硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯、丁腈橡胶、乳胶等)的表面10~100微米疏水化。 然后使水凝胶成长为这10~100微米的变性层，形成天然的双互联网水凝胶结构(图2 ) (注:双互联网水凝胶是建平公教授提出的，不是本事业的原创， 双互联网水凝胶强韧、具有耗散性，水凝胶层与医疗设备之间保持强链接，符合水凝胶强韧粘接的机理(图1 anaturematerials 15，190196 ( ) )。

这种方法可以在市售的医疗器械表面直接生长柔软耐久的水凝胶皮肤，简单、实用、安全、高效。 另外水凝胶的皮肤可以在干燥的状态下储藏，采用前直接润湿，不影响效果。

这种做法既可以在大尺度多的具有复杂形状的高分子表面制作水凝胶皮肤，也可以在小尺度多的具有复杂形状的高分子表面制作水凝胶皮肤。 如图3a所示，在厘米尺寸的“八角桁架”形硅橡胶上均匀制作了水凝胶的皮肤。 同时，如图3b所示，在具有微米级“沟”的硅橡胶微芯片上均匀地制备了水凝胶皮肤。 (通过向水凝胶皮肤扩散绿色染料，可以清楚地看到整个表面完全被水凝胶皮肤复盖)

另外，可以简单地控制水凝胶的皮肤厚度和粗糙度等，满足不同的应用诉求。 我们只需在“单体水溶液”中添加/不添加微量的链转移剂(其他工艺完全一致)，就可以得到厚度和粗糙度明显区别的水凝胶皮肤(图3c、d )。

这种水凝胶的皮层比橡胶表面柔软得多。 相对于图4a (橡胶表面弹性模量)和图4b (水凝胶皮肤表面弹性模量)，水凝胶皮肤的表面弹性模量只有橡胶表面的约1/70。 另外，宏观上，水凝胶的皮肤几乎不改变橡胶的拉伸弹性模量。 这种水凝胶皮肤只是改变了橡胶表面的柔软性，被证明不影响橡胶整体的性能和功能(图4c )。

另外，在水中具有极其优异的耐摩擦磨损性能。 另一方面，制备水凝胶的皮肤pdms的摩擦系数几乎没有随着压力的增大而上升(图4d )。 另一方面，调制水凝胶的皮肤pdms的摩擦系数几乎没有随着摩擦时间的经过而上升(图4e )。 这是因为水凝胶的皮肤具有非常优异的保水性能和耐磨损性能(参照图4f )。 另外，水凝胶的皮肤层具有非常好的抗菌潜力。 大肠杆菌说明水凝胶在皮肤表面生长和附着极为困难(图5a、b )。

该方法不仅可以用光诱导法制造，还可以用热诱导法制造。 江萌

但是在现代，比竖画更有可能，也有可能，也有可能，也有可能，也有可能。

或最近的成果如下

机制的研究

第一次系统阐述了多种水凝胶强化( high toughness )的机理soft matter，10，672 ( )

首次提出了水凝胶超强韧粘接( tough adhesion )的机理，实现了与各种材料的超强悍粘接nature materials，15，190 ( )

第一次论述了水凝胶增强( high strength )的机理proceedingsofthenationalacademyofsciences，114，8138 ( )

首次提出了水凝胶抗疲劳( anti-fatigue )的机理，实现了超高疲劳水凝胶science advances，in press

水凝胶生物电子学( hydrogelbioelectronics ) chemicalsocietyreview，doi: 10.1039/c8cs00595h首次定义

首次提出了坚韧的水凝胶高弹性体聚合物( hydrogel-elastomer hybrid )，水凝胶( anti-dehydration hydrogel ) naturecommunications，7，7，12028 ( )

建议首次印刷3d超固件超弹水凝胶，印刷了各种载体细胞的超固件超弹水凝胶结构advance materials，27，4035 ( )

3

稍微各种各种各种，

多