内容概要：

将含有丙烯酰胺（AM）的琼脂糖水凝胶（物理交联）涂覆在透明无孔的CA薄膜的一侧，紫外线照射30分钟后，PAM与琼脂糖即可形成双网络水凝胶并牢固地附着在CA膜上，剥离韧性高达3500 J m−2。值得注意的是，CA膜表面没有经过任何化学或物理上的预处理，所以CA膜与PAM-琼脂糖水凝胶之间一定存在某种相互作用。随后，作者分别研究了PAM水凝胶、琼脂糖与CA膜之间的粘附强度，发现PAM是促成PAM-琼脂糖水凝胶与CA膜紧密粘附的主要因素，新的问题出现了，为什么PAM和CA之间能实现紧密粘附呢？

图1、水凝胶与CA膜通过紫外曝光粘附，粘附在CA膜上的3种水凝胶显示出不同的剥离韧性。

进一步研究发现，预先制备的PAM-琼脂糖水凝胶与CA膜之间的亲合力很弱。也就是说，只有AM在CA膜表面聚合时，形成的水凝胶才具有优异的粘附性能。将CA薄片分别浸泡在水、Irgacure-2959、AM和PAM溶液中，CA膜均发生溶胀，将溶胀的CA膜冻干，剩余的质量即代表CA溶胀时对Irgacure-2959、AM和PAM的吸收量，从图3b中可以看到，CA膜对AM单体的吸收远高于Irgacure-2959和PAM，SEM和EDS表征进一步证实PA在CA膜中呈均匀分布。

随后，将CA膜置于不浓度的AM溶液中进行溶胀，发现CA膜对AM的吸收度与溶液中AM的含量成正比。根据观察结果，可将CA膜在AM溶液中的溶胀过程视为固（CA）-液（水溶液）萃取，该过程的分布系数为4.10。如此高的分布系数说明AM与CA之间存在较强的分子间相互作用，那这一作用到底是什么呢？

为探究AM与CA膜的分子间相互作用，将乙酰化程度不同的CA膜置于20%（w/w）的AM溶液中进行溶胀，发现尽管乙酰化程度较高的CA更疏水，但丙烯酰胺与CA膜重复单元的摩尔比几乎保持不变，即CA膜对AM的吸收能力与乙酰基的数量无关。作者提出AM与CA膜之间的亲和性来源于氢键作用（O···H···N），乙酰化程度不同时，氢键受体的数量并未改变，这很好地解释了为什么不同乙酰化程度的CA膜提取AM的能力相似，聚丙烯酸钠水凝胶很难粘附在CA膜上这一结果也进一步证实了氢键的存在。在AM溶液中，AM中的氨基易与CA骨架上羟基和羧基中的氧原子形成氢键，这些进入CA膜中的AM，聚合形成PAM后，就会与纤维素链纠缠在一起，即PAM-琼脂糖水凝胶与CA膜的粘附机制是缠结（entanglement）。

图2、（a）低乙酰化程度和高乙酰化程度的CA膜在AM溶液中浸泡前后的图像。（b）CA膜溶胀前后质量比（红色）及干燥后与原始CA膜的质量比（蓝色）。AM浓度（c）和CA膜乙酰化程度（d）不同时，溶胀的CA膜中AM与CA膜重复单元的摩尔比。（e）CA上氧原子的约束静电势（RESP）。（f）CA膜乙酰化程度不同时CA膜中具有弱电负性和强电负性的氧原子数目。（g）CA膜中AM分子的富集机制。

如图3所示，为检测AM和琼脂糖浓度对粘附性的影响，对PAM-琼脂糖水凝胶和CA膜进行了180°的剥离试验，根据水凝胶在CA膜上的残留模式可将剥离情况分为3种：水凝胶粘附失效（case 1）、部分界面粘附失效（case 2）、界面粘附失效（case 3）。随着AM浓度增加，界面剥离强度也随之增加，这是因为AM聚合后界面产生了更多的“锚点”，即与CA膜的缠绕增加。相反，若增加水凝胶配方中琼脂糖的比例，水凝胶的粘附能力则会减弱，因为琼脂糖与AM间形成的氢键会阻止AM向CA扩散。

图3、（a）水凝胶粘附过程示意图。（b）水凝胶与CA膜粘附失效的三种模式。（c）AM和琼脂糖浓度对粘附性的影响。

图4a展示了一个对任意固体表面都具有可逆粘附能力的水凝胶胶带，它由水凝胶层、CA层、丙烯酸酯粘合剂和背衬组成。在一条连续的装配线上，可以实现对三种不同厚度的水凝胶胶带的大规模制备——体相水凝胶（厚）、水凝胶涂层（中等）和水凝胶刷（薄）。这些可逆的水凝胶胶带能粘附在不同的固体表面，如橡胶、塑料、金属、玻璃、木材和皮肤，且分离后不会留下残留物。目前，本文已成功实现该水凝胶胶带在高热警报、散热和作为超声耦合物时的几种应用。

图4、可逆水凝胶胶带的制备。（a）水凝胶胶带的组成。（b-c）3种不同厚度的水凝胶胶带。（d-g）不同尺寸和厚度的水凝胶胶带实物。（h-m）水凝胶胶带对不同表面的可逆粘附。

总结：本文发现、研究和解释了PAM水凝胶与CA膜间粘附异常牢固的现象（氢键）。这种牢固粘合的双层结构使水凝胶涂层能适应关节的机械操作，不会出现背衬的脱离或分层。基于这一优势，将CA膜另一侧涂覆压敏性丙烯酸酯胶粘剂即可得到一种能可逆粘附的水凝胶胶带。该胶带不仅克服了水凝胶涂层与任意固体表面粘附困难的瓶颈，还具有成本低、绿色制造、操作方便、粘附性好和无残留物等优点，是一次性医疗材料的理想选择之一。