安理工王文新团队最新AFM：借助双网络设计获得内聚力与黏附力平衡的强韧水凝胶黏合剂

粘合剂的粘接强度受到两个不同因素的影响：内聚力和粘附力。水凝胶粘合剂的粘接失效有时可以归因于粘附界面失效，有时是由于机械性能差引起的内部断裂。以往的研究，多是集中于单独提升水凝胶粘附剂的表面的粘附强度，或水凝胶本体的韧性。然而，这些仅仅改善这两个方面中的任何一个而忽略另一个的尝试，已被证明在提升水凝胶粘合性能方面只能获得有限的改进。因此，当同时考虑和平衡水凝胶粘合剂内部的内聚力和其表面的粘附力时，可能会达到最佳的粘接强度。

近期，安徽理工大学“长江奖励计划”讲席教授王文新教授带领的研究团队开创性地提出利用双网络（DN）结构来调节水凝胶的内聚力与粘附力之间的平衡，从而制备出具有卓越粘附性能的水凝胶粘合剂。该团队首先利用单宁酸（TA）增强的聚乙烯醇（PVA）创建了一个高粘性网络，并利用钙离子（Ca²⁺）交联的海藻酸钠（SA）形成第二个互穿地性能调控的网络。通过精细调整这两种网络的比例，该团队成功地制备出了一种内聚力与粘附力平衡的高性能DN水凝胶粘合剂（参见图1）。与传统非平衡的水凝胶粘合剂相比，这种新型粘合剂的粘附强度提高了三倍（如图2所示）。此外，这种水凝胶不仅展示出了在多种物体表面上卓越的粘附能力，还具有出色的抗菌效果以及良好的细胞相容性。这项研究为设计新一代内聚力与粘附力平衡的水凝胶强粘附剂提供了新的思路。

图1. 制备双网络 PSTC 水凝胶粘附剂的示意图

图 2.PSTC 水凝胶的粘附特性。(a) PSTC 水凝胶对各种物体（包括组织、玻璃和塑料）的粘附性；(b) PSTC 水凝胶在猪皮粘附试验中接触 10 分钟后的搭接剪切应力-应变曲线；(c) PSTC 水凝胶接触 1 小时后的搭接剪切应力-应变曲线；(d) PSTC-1 和 PSTC-0 水凝胶粘合剂搭接剪切试验的代表图像； (e) 接触时间为 24 小时的 PSTC 水凝胶搭接剪切应力-应变曲线； (f) 猪皮粘合试验的搭接剪切强度汇总图像

该工作以“Enhanced Strength for Double Network Hydrogel Adhesive through Cohesion-Adhesion Balance”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

https://doi.org/10.1002/adfm.202313322

课题组简介：

王文新教授目前任职安徽理工大学合肥高等研究院“长江学者奖励计划”讲席教授，并兼任安徽理工大学公共卫生学院学术院长，安徽理工大学精准医学创新研究院院长。王教授2010年在欧洲组织工程和再生医疗国际协会（TERMIS-EU）年会上荣获再生医学领域青年科学家奖，在2011年荣获由爱尔兰国家自然科学基金委颁发的爱尔兰科学基金会首席科学家奖，并在2014年获得由蝴蝶宝贝关爱中心（DEBRA协会）颁发的杰出EB患者服务奖。王文新教授与他带领的研究团队主要从事高分子可控聚合方法的前沿机理和生物医学应用研究，具体为高分子可控聚合机理和动力学控制策略及其在生物功能材料设计与合成中的两大方向应用：组织工程学—水凝胶以及其他功能性生物材料单独或结合干细胞疗法在骨关节炎、关节软骨缺损、骨缺损、牙科骨/软组织修复、皮肤创伤修复等医疗方向的广泛应用；基因治疗—十余年深耕研发报道多种高效聚合物结构用于基因递送，并通过可控聚合首次攻克和发明了超支化聚β氨基酯该大类材料家族用于遗传物质的体外和体内递送，并成功应用于，包括EB基因替代和编辑疗法等在内，多种拥有完全自主知识产权的核酸药物的临床转化验证。

王文新教授的基础研究以及商业化转化工作获得了国际同行的普遍认可和跟进研究报道，目前已发表240余篇学术论文，如Science Advances《科学进展》，Nature Communications《自然：通讯》，Nature Reviews Chemistry《自然综述：化学》，JACS《美国化学协会会刊》，Angewandte Chemie《德国应用化学》，Advanced Materials《先进材料》，Nano Letters《纳米快报》，ACS Nano 《美国化学学会纳米杂志》，并参与编纂5本学术专著的部分章节。王教授的工作已相继被多家国际知名媒体采访和报道56次，如泰晤士报（Times），英国皇家学会的化学世界（RSC Chemistry World），美国的化学工艺（Chemical Processing），美国科学日报（Science Daily）, RTE 爱尔兰国家电视台。在科研成果的转化方面，王文新教授创建了应用和转化自己研发技术的5家生物技术公司：Vornia Ltd. （已被世界五百强企业Ashland-美国亚什兰医药集团收购）， Blafar Ltd.（总部位于爱尔兰都柏林），孛朗孚（杭州）生物科技有限公司，Branca Bunús Ltd.（总部位于爱尔兰都柏林）和北京瑞熙天成生物科技有限公司，并拥有34项发明专利，其中30项已有企业合作进行技术转化。

王文新教授现担任27个国家研究委员会和基金会的评审专家和委员会成员，如比利时科学研究基金会佛兰德斯委员会、欧盟FP7框架和Horizon2020的玛丽居里基金会、加拿大渥太华研究基金会、葡萄牙科学基金会、捷克科学基金会、英国医疗研究委员会、英国工程和物理科学研究委员会、以色列科学基金会、奥地利科学基金会等。王教授还被11家国际同行评议杂志聘为编委，如Journal of Nanobiotechnology《纳米生物技术杂志》、Polymer《高分子》、Biomedical Materials《生物医学材料》、Materials《材料》和《林产化学与工业》等。王文新教授已先后117次被国际会议和大学邀请作为主要报告人，并作为组织者、会议主席和召集人主办了33次国际学术会议。

来源：高分子科学前沿

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