Гидрогели — это богатые водой и биосовместимые мягкие полимерные материалы. Эти материалы существуют уже более полувека, и сегодня они имеют множество применений в различных областях и отраслях. В последнее время чувствительные к окружающей среде («умные») гидрогели стали предметом значительных научных исследований в различных областях, включая биомедицинские, биотехнологические, фармацевтические и разделительные науки. В качестве покрытия гидрогели дают много преимуществ для обычных твердых поверхностей: подложка, покрытая гидрогелем, объединяет превосходные свойства подложки (например, прочность, жесткость и ударную вязкость) и превосходные свойства гидрогеля. В принципе, любой гидрогель может покрыть любой субстрат для достижения некоторых функций за счет их объединения.
Это огромное разнообразие позволило использовать множество существующих и новых приложений в технике и медицине. Примеры включают в себя мягкие роботизированные компоненты, доставку лекарств (например, имплантаты, искусственную кожу, плазмонные наносенсоры и исполнительные механизмы).
Однако изготовление гидрогелевых покрытий вне лабораторных условий может быть затруднено. В существующих способах нанесения стабильного гидрогелевого покрытия необходимо выполнить три процесса: ковалентные связи полимеризуют мономерные звенья в полимерные цепи, сшивают полимерные цепи в полимерную сеть и связывают полимерную сеть с подложкой. «Вдохновленный экономикой производства красок, мы разработали методику приготовления гидрогелевого покрытия, которая разбивает процесс на несколько этапов. Этот поэтапный синтетический рисунок, отделяющий полимеризацию от сшивки и сшивания, делит труд между производителем гидрогелевого покрытия и его пользователь.
Принцип гидрогелевой краски.
а) Состав: мономерные звенья и связующие агенты сополимеризуются в полимерные цепи, но не сшиваются в сеть, что приводит к образованию водного раствора. Раствор также может содержать другие соединения для различных функций, но здесь они не показаны.
б) Подготовка субстрата: функциональные группы, комплементарные связующим агентам, передаются на поверхность субстрата.
в) Краска: водный раствор окрашивается на подложке различными операциями.
г) Отверждение: связующие агенты реагируют друг с другом на сшивание.
Силаны представляют собой широкую категорию химических соединений кремния и других атомов, таких как углерод, азот и водород. Они обычно используются в качестве связующих агентов в процессах сополимеризации во время синтеза гидрогеля. Производство гидрогелевых покрытий в несколько этапов для различных областей применения — это новая концепция в данной области, но она является базовой и распространенной в лакокрасочной промышленности: краска производится на заводах с любой сложной химической обработкой и обработкой, а затем продукт становится удобным для пользователя и может быть снабженным в конце розничных торговцев. Гидрогелевая краска команды представляет собой водный раствор силановых модифицированных полимерных цепей, которые будут сшиваться и связываться с целевым субстратом. «После повторного растворения в воде сухой порошок снова становится гидрогелевой краской и может образовывать сшивки и сшивки».
В результате мы теперь можем сдерживать полимеризацию — токсичный и требующий лабораторных испытаний химический процесс - в безопасных производственных помещениях и изготавливать гидрогелевые покрытия из готового продукта так же, как при использовании обычных красок», - отмечают исследователи.
«Гидрогелевая краска может однажды даже стать специальной краской с высококлассными функциями и особыми прикладными аспектами».После синтеза гидрогелевой краски ее реология должна быть настроена в соответствии с каждой операцией покраски. «Например, густая гидрогелевая краска работает для кисти, а разбавленная гидрогелевая краска — для распыления», - объясняет Яо. «Реология гидрогелевой краски может быть легко настроена с помощью агента переноса цепи (CTA), содержания силана, содержания воды, а также модификатора реологических свойств».По сравнению с традиционным методом, где только одна реакция управляет всеми синтетическими процессами, разработанная командой развязка обеспечивает более настраиваемую подготовку. Например, теперь стало возможным настраивать длину цепи и скорость сливания. «Принцип, установленный в нашей работе, можно адаптировать для разработки гидрогелевых красок с другими химическими характеристиками и характеристиками», - заключает Суо. «Например, мы можем дополнительно отделить сшивки и сшивки, чтобы обеспечить возможность съемных гидрогелевых покрытий по требованию, в ответ на сигнал, такой как изменение pH или воздействие ультрафиолетового света. Сшивки все еще могут быть ковалентными связями для поддержания целостность гидрогеля, но взаимосвязями могут быть различные нековалентные связи или динамические ковалентные связи, чтобы реагировать на различные сигналы ".