水凝胶因其类似天然软组织的结构组成、机械性能和生物相容性，展示了广泛的应用前景。然而，由于水凝胶本身的机械强度相对较低，难以单独作为承受机械负荷的结构部件。因此，通过在结构件上施加水凝胶涂层，可以在几乎不影响基材机械性能的前提下，赋予其新的功能性界面，尤其在生物医学领域具有巨大的应用潜力。例如，用于导管和导丝的润滑涂层可以显著减少器械与组织之间的摩擦和炎症反应；作为药物载体，水凝胶涂层可以实现药物的缓慢释放，延长药效时间；用于生物传感器或环境监测传感器的涂层，可以提高传感器的灵敏度和选择性。然而，现有的水凝胶涂层制备方法大多沿用了传统的涂层制备策略，如喷涂、浸涂和刷涂等。这些方法在应用于复杂几何形状的器件表面和内部空间时存在显著局限性。此外，这些方法通常将表面涂覆和水凝胶交联分为两步进行，对水凝胶前体的粘度和浸润性能提出了不同的要求，且涂层的厚度和均一性难以控制。
为了克服传统水凝胶涂层制备方法的缺陷，大量研究致力于通过将交联反应限制在液-固界面，从而原位构建水凝胶涂层。相比于喷涂或浸涂技术，这种方法的优势在于能够生长更符合基材形状和几何结构的均匀涂层。目前已有研究通过将铁元素、二苯甲酮等自由基聚合引发剂固定在材料表面，使自由基聚合特定地在界面周围发生，从而制备水凝胶涂层。然而，这种方法所存在引发效率低和引发剂毒性高等问题，限制了其在生物大分子水凝胶涂层制备中的应用。
四川大学王云兵教授团队提出了一种表面酶固定催化交联原位制备水凝胶涂层的通用方法，能够适用于不同材质、不同形状的材料和器件。该工作首先利用多巴胺化学在材料表面固定辣根过氧化物酶（HRP）。多巴胺因其丰富的化学基团，能够在多种材料和形状表面形成纳米尺寸的涂层，并为HRP的固定提供了充足的修饰位点。因此，该方法能够便捷地在不同表面固定酶分子。在酶的催化作用下，酪氨酸修饰的透明质酸在固液界面发生交联反应，从而在固体表面形成水凝胶涂层。为了克服透明质酸水凝胶涂层机械性能差的问题，进一步在其网络中引入聚丙烯酰胺凝胶网络，形成双网络水凝胶，以增强水凝胶涂层的力学性能。该方法能够在各种基材表面和器件上以所需厚度控制生长双网络水凝胶涂层。由此产生的双网络水凝胶涂层具有良好的生物相容性、高机械强度、低摩擦特性和抗凝血特性，有望用于多种生物材料及器械的表面改性。除了HRP之外，这种基于酶的表面固定催化交联制备水凝胶的策略有望扩展至其他高催化活性的酶及其相应的底物，从而进一步丰富水凝胶涂层的种类和功能。
通讯作者介绍：
王云兵教授，国家生物医学材料工程技术研究中心主任、四川大学生物医学工程学院院长，国家有突出贡献中青年专家、国际医学与生物工程院Fellow、国际生物材料科学与工程学会联合会Fellow，科技部生物材料国际交流合作基地主任。从事心脑血管疾病治疗的新型生物医用材料和微创介入器械的基础研究与产品应用开发，开发了一系列产品并实现大规模临床应用。已发表论文300多篇、获授权专利500多项。获教育部技术发明一等奖（2020）、 四川省科技进步一等奖（2022）和中国侨界贡献一等奖（2020）等奖项。
论文信息：
Enzyme-Immobilized Surface-Catalyzed Cross-Linking: Creating Multifunctional Double Network Hydrogel Coatings on Diverse Substrates
Xingrong Ren, Jiayi Zhang, Fan Yang, Hong Xu, Gaoyang Guo*, Yunbing Wang*
Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.202312465
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Advanced
Functional
Materials
期刊简介
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WILEY
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