Janus粘性水凝胶在医疗保健领域具有广阔的应用前景。然而，合成该材料的简单方法尚未在实验室中进行生物工程设计。
在《科学进展》杂志上发表的一项新研究中，陈霍文和中国的一个研究小组根据基本现象(包括空气/水界面高浓度表面活性剂的自聚集)设计了一种简单的方法来制备Janus水凝胶。
研究小组通过自由基聚合将少量α-亚油酸钠与丙烯酰胺结合，合成了Janus粘性水凝胶。这些结构表现出卓越的粘合强度、化学性质和表面形态，研究小组利用分子动力学模拟对其进行研究，以了解生物材料性质的机制。
水凝胶——基础知识
水凝胶的三维网络材料主要由含有大量水的亲水性聚合物链构成。由于其优异的生物相容性、润湿性和灵活性，这些材料非常适合生物医学领域。
为了实现这一目标，水凝胶必须与生物组织具有良好的粘合性能。生物工程师最近通过引入主客体超分子、氨基酸和核酸基团设计了粘合水凝胶。Janus水凝胶可以通过浸泡方法、逐步合成或模铸法制成，使水凝胶的顶面和底面具有化学或物理差异。
因此，开发一种简单、高效、经济、环保的制备方法来应用Janus粘合水凝胶至关重要。在这项工作中，Chen及其同事提出了一项新研究，通过探索界面粘附力来合成Janus粘合水凝胶。
在实验过程中，他们使用植物源性不饱和脂肪酸衍生物与商业单体丙烯酰胺、胶束和α-亚油酸钠作为基础成分。所提出的方法是克服Janus水凝胶生产和放大粘合水凝胶生产挑战的首个研究计划。
制备Janus水凝胶
研究小组通过调节材料每个表面之间的不同特性(包括其形态、化学成分和亲水性)来设计Janus粘合水凝胶。
首先，他们将表面活性剂单体溶解在去离子水中，形成浓度高于临界胶束浓度的透明均匀溶液。此后，团队添加了单体丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺来制备水凝胶，并利用傅里叶变换红外光谱对水凝胶的表面和底部进行了一系列化学表征。
科学家们注意到与氨官能团和羰基官能团相关的强特征吸收峰。他们用拉曼光谱验证了这些结果，表明水凝胶形成过程中单体发生了自由基聚合。
额外的实验
科学家们进行了分子动力学研究，以确定生物材料结构的分布，并显示在表面张力和热驱动力下空气-水界面处聚集的分子。结果显示了材料的化学成分在不同表面上的变化如何影响其形态和亲水性。
该团队进行了透射电子显微镜，以揭示材料的独特化学成分和物理形态，对其粘附性能产生明显影响，以研究水凝胶的机械和粘附性能。
由于生物工程结构是一种压敏粘合水凝胶，科学家们通过促进与材料基材的良好接触而获得了足够的粘合性能。随着α-亚油酸钠含量的增加，水凝胶信号的压缩模量降低，以促进水凝胶的压缩模量。
材料的低压缩性虽然保证了其粘合性，但需要良好的拉伸性能来调整材料的物理性能并达到最佳性能。总的实验结果证实了这样的假设：α-亚油酸钠表面活性剂通过表面张力和蒸发效应在水凝胶中形成不同的分布，从而产生粘性的Janus水凝胶材料。该结构的成分具有很强的粘合性能和持久的性能。
表征材料的生物相容性
Chen及其同事根据之前的研究对水凝胶的一系列医疗应用进行了表征，并通过仔细考虑两种主要无害成分来确保其生物相容性。
该团队通过使用Transwell检测并通过直接接触水凝胶材料对人体皮肤成纤维细胞进行生物相容性测试来验证结果。经过进一步研究，水凝胶对皮肤成纤维细胞没有表现出毒性，突出了优异的生物相容性，在药物输送和皮肤修复等多种生物医学应用中具有巨大潜力。
外表
通过这种方式，HuowenChen和研究团队利用表面活性剂在水-空气界面自然聚集的不均匀分布，验证了Janus粘合水凝胶的组成。该团队通过自由基聚合一步合成了Janus粘合水凝胶。新开发的材料在化学成分、形态和机械性能方面表现出显着差异。
虽然Janus水凝胶的顶面表现出相对粗糙的纹理，但材料的底面表现出较低的粘附能。粘附性能之间的明显差异确保了生物材料的制备具有表面活性剂的异质分布，从而为制备用于广泛实际应用的Janus水凝胶提供了一种新的合成策略。正在进行的成果提供了探索Janus水凝胶合成中不同表面活性剂的能力，以研究其生物医学潜力。