针对上述问题，湖南文理学院肖安国/汪杨团队提出“静电触发宏相分离一步光聚”新策略，将季铵化壳聚糖（QCS）、仿藤壶黏蛋白的阳离子苯硼酸单体（APDB）、丙烯酸（AA）、甜菜碱型 DMAPS、聚乙烯醇（PVA）及活性酯单体（AAC-NHS）共溶于水，经紫外快速聚合即可制得 QAD 非对称水凝胶。在聚合过程中，QCS 与阴离子组分间的强静电作用诱导体系发生宏观相分离，自动形成下层高黏附（APDB 提供湿面黏结与止血抗菌）与上层低黏附（DMAPS 赋予抗污与离子导电）的梯度结构，界面缺陷显著减少。所得水凝胶兼具优异生物相容性、可降解性、力学韧性和独立离子导电性，在 100% 拉伸循环下电导率保持稳定，可直接用作生物电极实时监测术后创面生理信号，为肺部等高风险手术提供“防粘连 + 促愈合 + 传感”一体化解决方案。该文章于2025年5月5日以《Controlled Hydrogel Surfaces Adhesion via Macrophase Separation Polymerization Triggered by Electrostatic Interaction for Wound Dressing and Bio-Sensor》为题发表于《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202501708）。

（1）QAD 水凝胶的不对称机制

多组分前驱体溶液（QCS、AA、AAC-NHS、DMAPS、APDB、PVA、水）经紫外固化6–10 min得到乳白色QAD水凝胶。静电作用驱动QCS─COO−/SO3−缔合，沉淀共聚形成富集羧基、磺酸基、季铵基的底层；剩余单体在上层共聚，生成含APDB的疏水面，实现组成梯度。XPS显示底层B1s中C=O、S 2p3/2、N+–C峰面积显著高于顶层，B–C峰反之；SEM-EDS测得底层S 9.47 wt %、N 5.82 wt %，顶层仅7.67 wt %、2.71 wt %。FTIR底面–OH、C=O、C–N、C–O–C峰强度均高于顶面，证实宏观相分离成功构建不对称结构。

图1. QAD 水凝胶的合成机制及加工步骤。a、b）原材料来源及仿生机制。c）QAD 水凝胶制备过程示意图。d–f）QAD 水凝胶的相分离机制。g）光固化过程图像。h、i）QAD 水凝胶图像

（2）QAD 水凝胶的形态亲水性及理论计算

SEM显示QAD-APDB03顶面孔径50–80 µm，底面约10 µm且更致密（图2c；图S6–S8）。底面富集DMAPS/AA，顶面富APDB，对应下表面WCA 61°、上表面87°（图2d；图S9）。DFT计算给出DMAPS/QCS −19.00 kcal mol⁻¹、AA/QCS −12.29 kcal mol⁻¹，高于APBD/QCS −9.60 kcal mol⁻¹与AAC-NHS/QCS −5.33 kcal mol⁻¹，驱动DMAPS/AA-QCS沉淀成底层；DMAPS/APDB −19.21 kcal mol⁻¹、AA/APDB −13.74 kcal mol⁻¹，共聚物亲水留在上层（图2e，表S1、S2）。XPS表明随APDB用量增加，底面B-OH/B-O-C/B-C增强而C═O、N+-C减弱，S+N总量由15.29%降至12.55%，上下表面S 2p差异缩小，WCA同步增大，成分梯度因APDB-DMAPS/AA静电竞争而削弱。

图2. QAD 水凝胶表面测试及组分间作用力。a) QAD-APDB03 顶部和底部表面的 B1s、C1s、N1s、S1s 区域的 XPS 谱峰拟合。b) QAD-APDB03 顶部和底部表面的 C、O、N、S 的 SEM-EDS 谱。c) 冻干 QAD-APDB03 的 SEM 图像及其顶部和底部表面的水接触角。d) QAD-APDB03、QAD-APDB06 和 QAD-APDB09 中 N、S 的重量百分比（%）。e) QCS/DMAPS/AA/APDB/AAC-NHS 之间相互作用能的 DFT 分析

（3）QAD 水凝胶的机制

QAD-APDB06 可拉伸＞1000% 并承重 200 g，刺压后瞬时复原。APDB 含量由 7.5% 增至 19.6% 时，拉伸应力 88→203 kPa，模量 6.0→33.3 kPa，韧性 1.32→2.05 MJ m⁻³，伸长率 1421→583%；80% 压缩应变下应力 24.5→82.3 kPa，回弹迅速图。性能源于静电锁、动态酯键、氢键、π–π 堆积及互穿网络协同。

图3. QAD 水凝胶的机械性能。a) QAD-APDB06 水凝胶拉伸至 1000% 的图像。b) QAD-APDB06 水凝胶承受 200 克重物的图像。c) QAD-APDB06 水凝胶受到尖锐刺激的图像。d) QAD-APDB06 水凝胶被刀切割的图像。e) 不同 APDB 含量的 QAD 水凝胶的拉伸应力 - 应变曲线。f,g) APDB 浓度对 QAD 水凝胶机械性能的影响。h–k) QAD 水凝胶内部力的示意图

（4）QAD 水凝胶的不对称黏附性能

QAD水凝胶上表面Ph-B-OH与NHS酯基团密度高，5 s内即可与组织氨基/羟基形成共价键、氢键及酯键，底部表面富含─COO⁻和─SO₃⁻且Ph-B-OH/NHS酯稀少，易形成水合层而粘附受阻。湿态剥离测试显示上表面可黏心脏、胃、肺等基质，水中吊重100 g无脱落，下表面易从湿猪皮剥离。180°剥离表明，随APDB含量由7.5%增至19.6%，上表面粘附能88±12升至150±19 J m⁻²，下表面由0增至24.4±4.5 J m⁻²，差异缩小。

图4. a) QAD 水凝胶的不对称粘附特性。b) QAD 水凝胶在伤口应用中的示意图。c) 水凝胶下表面粘附力弱的原因示意图。d) QAD 水凝胶上表面强粘附的分子机制示意图。e) 对包括心脏、肝脏、胃、肾脏、脾脏在内的各种组织以及塑料、玻璃、橡胶和铁等不同基底的粘附情况。f) QAD 水凝胶粘附于猪皮的照片，其在水下可承受 100 克重物。g) QAD 水凝胶上/下表面粘附于湿润猪皮的图像。h) QAD 水凝胶 180°剥离测试示意图。i) 不同 APDB 浓度的 QAD 水凝胶与猪皮接触 30 秒后的 180°剥离力下的界面韧性。k) 不同 APDB 浓度的 QAD 水凝胶与猪皮接触 30 秒后的界面韧性

（5）QAD 水凝胶的体内止血性能

大鼠肝脏1.5 cm×0.25 cm切口模型中，QAD-APDB03、06、09失血量分别为16.9±1.9、26.9±2.9、64.4±4.9 mg，凝血时间129±2、155±7、192±5 s，均优于纱布（失血量>240 mg，200 s）。BCI 41–46%，WBCT快于纱布与泰阁德姆，溶血率<5%。对大肠杆菌9 h抑菌率94.5–99.6%，对金黄色葡萄球菌94.2–99.8%，抑菌圈随APDB含量增大而扩大。

图5. QAD 水凝胶的止血和抗菌性能。a) QAD 水凝胶临床应用示意图。b) 大鼠肝脏穿孔模型及止血过程示意图。c) 不同 APDB 浓度的肝脏止血效果图像。d,e) 空白组、QAD-APDB03 组、QAD-APDB06 组和 QAD-APDB09 组的总失血量和止血时间。f) 与先前研究样本相比的大鼠肝脏伤口止血效果图。g) 纱布、泰阁德姆、QAD-APDB03、QAD-APDB06 和 QAD-APDB09 的 BCI 检测结果。h) 纱布、泰阁德姆、QAD-APDB03、QAD-APDB06 和 QAD-APDB09 的溶血检测结果

（6）水凝胶的促伤口愈合特性

小鼠全层皮肤缺损模型中，第10天QAD-APDB03、06、09愈合率79.0±6.9%、70.7±3.9%、59.8±8.5%，优于泰阁德姆56.9±1.3%；第14天QAD-APDB03达96.7%，泰阁德姆85.6%。H&E与Masson染色显示QAD组炎症细胞少、成纤维细胞增殖旺、胶原纤维多，QAD-APDB03最佳。L929与NIH3T3在100 μg mL⁻¹提取物中存活率仍＞80%与90%，活/死染色几乎无死细胞。大鼠皮下植入第10天水凝胶成淡黄色混浊液，第30天仅余少量红色透明液，H&E见肉芽组织形成，提示完全降解并逐步吸收。

图6. Janus 水凝胶的体外伤口愈合性能、生物相容性及体内降解实验。a) 大鼠伤口愈合实验示意图。b) 商用薄膜敷料 Tegaderm、QAD-APDB03、QAD-APDB06 和 QAD-APDB09 水凝胶的伤口再生组织学评估。c) 商用薄膜敷料 Tegaderm、QAD-APDB03、QAD-APDB06 和 QAD-APDB09 水凝胶在第 0 天、第 4 天、第 8 天和第 14 天的伤口图像。d) L929 和 NH3T3 细胞经 QAD 水凝胶提取物处理 24 小时后的活/死细胞染色。e) 各处理组的伤口愈合率。f) 第 30 天伤口肉芽组织厚度和胶原纤维面积。g、h) QAD 水凝胶提取物的细胞活力。i) 体内降解实验示意图。j) 第 0 天和第 30 天植入大鼠体内的水凝胶图像。k) 第 10 天和第 30 天的降解产物图像。l) 第 10 天和第 30 天水凝胶植入的组织学评估

（7）QAD 水凝胶的柔性传感应用

QAD水凝胶ΔR/R₀与拉伸应变线性正相关，40%应变200次循环信号稳定。pH 5.5及7.2–7.4浸泡24 h后灵敏度保持。手指弯曲、手腕脉搏、胸贴心率（67 bpm）及喉部“非常好”语音均获稳定波形，可辨P1、P2峰值用于动脉僵硬度评估。

图7. 水凝胶在生物传感器中的应用。a) 水凝胶生物粘合剂作为人机接口材料的示意图。b) 对手腕脉搏的相对电阻信号响应。c) 体外监测不同部位跳动的兔心的 QAD 水凝胶基应变传感器图像。d) 手指弯曲时的相对电阻信号。e) 反复说“非常好”时的相对电阻信号。f) 阅读文本时的相对电阻信号。g) QAD 水凝胶在应变（1% - 100%）下的相对电阻变化。h) QAD 水凝胶在 40% 应变下 200 次加载 - 卸载循环的相对电阻变化