光剥離性接着剤

光剥離性接着剤
寄稿者: 王慧超、連秦

接着剤は、バイオメディカルデバイス、創傷被覆材、薬物送達など、医学や工学の研究でよく使用されるポリマー材料の一種です。接着剤の強力な接着力は、主に高分子材料間の共有結合の形成に依存していますが、創傷被覆材など、その役割を終えた後に接着剤を除去する必要があるケースもあり、そのような接着剤を剥がすことは困難です。従来の接着剤の中には、温度変化(エポキシなど)や光への曝露(感圧接着剤など)によって分離するように化学的に改質されているものもありますが、多くの場合、細胞毒性があり、湿った環境(ゲルなど)では効果がありません。そのため、接着剤の強力な接着性と容易な剥離性を実現することは、接着剤研究における難しい課題です。

西安交通大学機械構造強度と振動国家重点実験室の Gao Yang 博士とハーバード大学の Zhigang Suo 氏が率いるチームは、Advanced Materials 誌に分離可能な接着剤に関する論文を発表し、強力な接着力と簡単に剥がせる接着剤を提案しました。まず、ポリアクリル酸 (PAA) の水溶液を、結合のための官能基を持たないため互いに接着しない 2 枚のポリアクリルアミド (PAAm) ハイドロゲルに塗布しました。次に、一方のハイドロゲルの表面に Fe3+ を添加したクエン酸水溶液を塗布し、2 つのハイドロゲルを接着しました。Fe3+ の存在により、PAA ポリマーのカルボキシル基と配位錯体が形成され、強力な接着が実現しました。接着剤の剥離を実現するために、相互に接着したハイドロゲルを数分間紫外線下に置くと、Fe3+がFe2+に還元され、配位錯体が解離し、相互に接着したハイドロゲルの剥離が実現されます。このプロセスを図 1 に示します。


図 1 2 枚のポリアクリルアミド (PAAm) ハイドロゲルの光誘起剥離接着。 a) ポリアクリル酸 (PAA) の水溶液を 2 つの PAAm 表面に塗布し、PAA 鎖を PAAm ハイドロゲルに拡散させました。 b) pH を制御した Fe3+ とクエン酸の水溶液を 1 つの PAAm 表面に塗布し、2 つのハイドロゲルを合わせたところ、2 つの PAAm ハイドロゲルが強力に接着しました。 c) 接着したハイドロゲルに紫外線を照射して Fe3+ を Fe2+ に還元し、PAA を脱炭酸して剥離を実現しました。 df) 界面のSEM画像。 gi) 剥離試験の写真。この研究では、この剥離可能な接着方法はハイドロゲルだけでなく、エラストマーや無機固体にも適用可能であると指摘しています。研究では、ベンゾフェノンを使用してエラストマーの表面に薄いハイドロゲルの層をコーティングし、その後、ハイドロゲルでコーティングされたエラストマーとハイドロゲル片を、Fe3+架橋PAAポリマーを介して縫い合わせました。彼らは同様に、2 つのエラストマー間、無機固体とハイドロゲル間、エラストマーと無機固体間の光除去可能な結合を実現しました。エラストマーとハイドロゲルの剥離可能な接着は、皮膚創傷被覆材の研究に利用することができ、創傷被覆材と皮膚との強力な接着を実現するだけでなく、機能が完了した後に非侵襲的で痛みのない分離も可能にします。この剥離可能な接着方法は、経皮薬物送達にも使用でき、柔軟なデバイスの製造を容易にし、医療および工学の革新に新しいアイデアを提供します。

参考文献:
Yang Gao、Kangling Wu、Zhigang Suo。光剥離性接着[J]。Advanced Aaterials、2019年2月;31(6):e1806948

寄稿者: 王慧超 連秦 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

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