自然界中，以壁虎、树蛙和蜗牛为代表的生物体能通过可逆调控界面黏附实现垂直甚至倒立表面的运动。这种独特的运动能力源于其快速可逆的黏附状态切换机制。然而，在合成材料体系中实现高/低黏附态的快速可逆转换仍面临挑战，主要受限于材料双稳态的稳定性、状态切换的动力学速率以及两态间的黏附性能差异三个关键因素。
近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室周峰研究员团队与西北工业大学合作，基于软物质表面分子的动态构象转变机制，发展了一种具有快速可逆黏附调控功能的智能水凝胶材料。研究人员通过将Fe3O4纳米颗粒的光热转换效应（源于带间电子跃迁和缺陷态吸收）与N-异丙基丙烯酰胺的温敏特性相耦合，成功实现了近红外光远程控制的黏附性能可逆切换。
图1. 智能水凝胶的设计与制备
研究人员进一步揭示了其作用机制，通过近红外光激发纳米颗粒产生热效应，诱导水凝胶发生温度响应性相变，实现软物质表面水分子的渗出/吸收，改变其表面亲水羧酸基团的分子构象，进而可逆地控制邻苯二酚基团的屏蔽和暴露。这种基于界面分子构象变化调控的黏附机制具有无残留、可重复使用的特点，为智能黏附材料的开发提供了新思路。
图2. 水凝胶黏附性能变化的表面润湿性机制
该智能水凝胶的黏附行为表现出显著的温度响应特性。在高温相（>LCST），表面水化作用促使羧酸基团迁移至界面，有效屏蔽儿茶酚基团，导致界面相互作用显著减弱（黏附强度<0.3 kPa）。而在低温相（<LCST），儿茶酚基团充分暴露，界面相互作用形成，呈现高黏附状态（黏附强度>7.5 kPa）。系统研究表明，增加界面载荷和接触时间都仅能促进低温状态下的界面黏附，而对高温黏附性能无显著影响，这也进一步证明了高温条件下界面水对相互作用形成的有效屏蔽作用。
此外，该黏附水凝胶材料表现出优异的智能黏附性能和广泛的基材适用性，实现了从无机到有机材料表面的可逆黏附。为进一步验证黏附水凝胶材料的可控性，研究人员实验演示了水凝胶在不锈钢基板上的光热响应行为，初始状态下可稳定悬挂50g重物，近红外光照后因黏附性能切换而黏附失效。
图3. 智能水凝胶的光控脱黏试验
上述研究，成功发展了一种具有光热响应特性的智能水凝胶材料。通过协同整合温敏性聚合物网络与光热纳米颗粒，实现了材料黏附性能的远程精准调控。该材料体系在创面修复、柔性电子器件和软体机器人等新兴领域展现出重要的应用前景，为智能黏附材料的设计提供了新的研究思路。
相关研究成果以“Light-controlled Adhesive Hydrogels for On-Demand Adhesion”为题发表在Chem & Bio Engineering上。同时，该成果已被美国化学学会发行的新闻周刊chemical & engineering news（C&EN，全球最具权威和影响力的化学新闻来源之一。）以“New hydrogel offers light-controlled reversible stickiness”为题报道。
以上工作得到了国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程等项目的支持。
