摘要:本發(fā)明涉及水凝膠技術領域，具體涉及抗溶脹表層復合水凝膠、制備方法及其應用，通過在水凝膠表層形成聚電解質層，以實現對水凝膠溶脹行為的有效控制。該聚電解質層通過滲透到水凝膠表面，能夠有效減緩水凝膠的溶脹速率，減少由溶脹引起的界面張力，從而改善水凝膠在基底上的粘附性和機械穩(wěn)定性。此技術適用于多種基底材料，尤其是在需要控制水凝膠溶脹特性和提高界面附著力的醫(yī)療和工程應用中。通過該技術，可以顯著提高水凝膠的功能性和應用性能，尤其在生物醫(yī)用材料領域具有重要應用前景。

水凝膠是一類具有三維網絡結構的親水性高分子材料，廣泛應用于醫(yī)療、環(huán)境、食品和工業(yè)領域。在生物醫(yī)用領域，水凝膠通常被用作藥物傳遞系統(tǒng)、創(chuàng)傷敷料等。然而，由于水凝膠具有較高的溶脹性，它在體內或濕潤環(huán)境中可能會過度溶脹，導致機械性能下降，甚至影響與基底的粘附性，產生不利的生物反應。因此，如何有效控制水凝膠的溶脹行為，減緩其溶脹速率，避免由溶脹引起的界面張力，是水凝膠材料在生物醫(yī)用領域應用中的一個關鍵技術難題。

目前，一些研究嘗試通過改變水凝膠的交聯(lián)度或在水凝膠中加入不同的填料來調節(jié)其溶脹性能。然而，這些方法往往難以在控制溶脹行為的同時，維持水凝膠的良好功能性和生物相容性。因此，迫切需要一種新的技術手段，既能有效控制水凝膠的溶脹，又能確保其在應用過程中的穩(wěn)定性和功能。

目前，關于抗溶脹水凝膠的研究中，已有一些技術方案試圖解決上述問題，但仍存在一定的局限性。

中國發(fā)明專利申請CN202011427315.6公開一種高強度多層級水凝膠及其制備方法和應用。聚電解質溶液中加入第一強酸溶液或第一金屬離子溶液后，進行冷凍，得水凝膠；將所得水凝膠解凍后，浸泡至第二強酸溶液或第二金屬離子溶液中，清洗，得所述水凝膠。雖然這種水凝膠在機械性能有所突破，但過程中涉及浸泡強酸溶液，會刺激生物組織表面，不宜使用在人體皮膚。

中國發(fā)明專利申請CN202110814384.0公開一種具有超強基底粘附性能的聚電解質水凝膠涂層及其制備方法。該方案采用混合聚陽離子聚合物、聚合單體、硅氧烷交聯(lián)劑以及引發(fā)劑得到預聚物溶液，抽真空除去氣泡后涂覆到氧等離子體活化的基底表面，氮氣或稀有氣體氣氛下原位聚合，固化形成水凝膠涂層。該復合涂層能夠廣泛應用醫(yī)療器械，提高強力粘附，涂層能夠與醫(yī)療器械表面結合牢固。然而，該方案的缺陷在液體環(huán)境中水凝膠無法控制溶脹，整體機械性能下降，無法保證粘附穩(wěn)定性。

鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發(fā)明。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決如何有效控制水凝膠的溶脹行為，減緩其溶脹速率，避免由溶脹引起的界面張力的問題，提供了抗溶脹表層復合水凝膠、制備方法及其應用。

為了實現上述目的，本發(fā)明公開了抗溶脹表層復合水凝膠，包括基底材料、水凝膠層、聚電解質層，所述水凝膠層設于所述基底材料上，所述聚電解質層覆蓋在所述水凝膠層表面。

所述聚電解質層的材料為聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚氨基酸、聚乙烯亞胺及其衍生物中的任意一種或多種組合。

所述聚電解質層的厚度為1 nm~500μm。

所述基底材料為生物相容性材料，為金屬、陶瓷、聚合物、天然材料及其復合材料中的任意一種或多種組合。

所述水凝膠層為聚丙烯酰胺基水凝膠、聚（丙烯酸）基水凝膠、聚（N,N-二甲基丙烯酰胺）基水凝膠中的任意一種或多種組合。

本發(fā)明還公開了上述抗溶脹表層復合水凝膠，包括以下步驟：

S1，對所選的基底材料進行表面處理，確保水凝膠層能夠均勻結合于基底材料上；

S2，將所選的水凝膠前體、助劑和溶劑混合后，得到水凝膠前體溶液，通過溶液聚合或其他交聯(lián)方法，在基底材料上形成水凝膠層；

S3，將聚電解質溶液滲透至水凝膠層表面，形成聚電解質層；

S4，對聚電解質層進行固化處理，控制水凝膠的溶脹行為。

所述步驟S3中，滲透方式為浸泡、噴涂或涂覆中的任意一種，所述浸泡時間為2~12h。

所述步驟S4中，固化方式為化學交聯(lián)、熱處理或光固化中的任意一種；所述化學交聯(lián)的交聯(lián)劑的濃度為1%~80%，交聯(lián)反應時間為10 min~24 h；所述熱處理的溫度為40℃~150℃，時間為5 min~100 min。

本發(fā)明還公開了上述抗溶脹表層復合水凝膠在醫(yī)療敷料、創(chuàng)傷修復中的應用。

本發(fā)明還公開了上述抗溶脹表層復合水凝膠在藥物釋放系統(tǒng)、生物醫(yī)學傳感器中的應用。

聚電解質與水凝膠表面形成致密的離子交聯(lián)表面層，通過半透性屏障的形成等機制調節(jié)水凝膠溶脹，這種機制限制了水的流入并降低了滲透壓。這種抗溶脹機制使水凝膠在濕態(tài)環(huán)境中使用時，不會對傷口產生過大的壓力，從而能夠穩(wěn)定地粘附在傷口上，提供有效的保護。

本發(fā)明中的這種表層復合水凝膠溶脹控制材料，該材料中，包含了基底材料、結合在基底材料上的水凝膠層以及通過聚電解質層控制溶脹的聚電解質層。基底材料提供了良好的機械支撐，水凝膠層作為高含水的功能模塊，在控制溶脹的同時保持其高度的親水性與生物相容性，而聚電解質層則作為一個界面調控層，有效地減緩了水凝膠的溶脹速率，降低了由溶脹引起的界面張力。通過這種結構設計，本發(fā)明的水凝膠溶脹控制材料能夠在濕潤環(huán)境中保持較好的機械穩(wěn)定性和功能性，避免了傳統(tǒng)水凝膠在生物醫(yī)用應用中的溶脹過度問題。

與現有技術比較本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過在水凝膠表面形成聚電解質層，有效控制水凝膠的溶脹行為，避免因溶脹引起的機械性能下降和界面張力問題；聚電解質層的形成不干擾水凝膠的基本組成，能夠保持水凝膠的生物相容性和功能性；該方法簡單易行，且具有較好的可控性，適用于大規(guī)模生產和應用。