摘要:本发明涉及水凝胶技术领域，具体涉及抗溶胀表层复合水凝胶、制备方法及其应用，通过在水凝胶表层形成聚电解质层，以实现对水凝胶溶胀行为的有效控制。该聚电解质层通过渗透到水凝胶表面，能够有效减缓水凝胶的溶胀速率，减少由溶胀引起的界面张力，从而改善水凝胶在基底上的粘附性和机械稳定性。此技术适用于多种基底材料，尤其是在需要控制水凝胶溶胀特性和提高界面附着力的医疗和工程应用中。通过该技术，可以显著提高水凝胶的功能性和应用性能，尤其在生物医用材料领域具有重要应用前景。

水凝胶是一类具有三维网络结构的亲水性高分子材料，广泛应用于医疗、环境、食品和工业领域。在生物医用领域，水凝胶通常被用作药物传递系统、创伤敷料等。然而，由于水凝胶具有较高的溶胀性，它在体内或湿润环境中可能会过度溶胀，导致机械性能下降，甚至影响与基底的粘附性，产生不利的生物反应。因此，如何有效控制水凝胶的溶胀行为，减缓其溶胀速率，避免由溶胀引起的界面张力，是水凝胶材料在生物医用领域应用中的一个关键技术难题。

目前，一些研究尝试通过改变水凝胶的交联度或在水凝胶中加入不同的填料来调节其溶胀性能。然而，这些方法往往难以在控制溶胀行为的同时，维持水凝胶的良好功能性和生物相容性。因此，迫切需要一种新的技术手段，既能有效控制水凝胶的溶胀，又能确保其在应用过程中的稳定性和功能。

目前，关于抗溶胀水凝胶的研究中，已有一些技术方案试图解决上述问题，但仍存在一定的局限性。

中国发明专利申请CN202011427315.6公开一种高强度多层级水凝胶及其制备方法和应用。聚电解质溶液中加入第一强酸溶液或第一金属离子溶液后，进行冷冻，得水凝胶；将所得水凝胶解冻后，浸泡至第二强酸溶液或第二金属离子溶液中，清洗，得所述水凝胶。虽然这种水凝胶在机械性能有所突破，但过程中涉及浸泡强酸溶液，会刺激生物组织表面，不宜使用在人体皮肤。

中国发明专利申请CN202110814384.0公开一种具有超强基底粘附性能的聚电解质水凝胶涂层及其制备方法。该方案采用混合聚阳离子聚合物、聚合单体、硅氧烷交联剂以及引发剂得到预聚物溶液，抽真空除去气泡后涂覆到氧等离子体活化的基底表面，氮气或稀有气体气氛下原位聚合，固化形成水凝胶涂层。该复合涂层能够广泛应用医疗器械，提高强力粘附，涂层能够与医疗器械表面结合牢固。然而，该方案的缺陷在液体环境中水凝胶无法控制溶胀，整体机械性能下降，无法保证粘附稳定性。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决如何有效控制水凝胶的溶胀行为，减缓其溶胀速率，避免由溶胀引起的界面张力的问题，提供了抗溶胀表层复合水凝胶、制备方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明公开了抗溶胀表层复合水凝胶，包括基底材料、水凝胶层、聚电解质层，所述水凝胶层设于所述基底材料上，所述聚电解质层覆盖在所述水凝胶层表面。

所述聚电解质层的材料为聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚氨基酸、聚乙烯亚胺及其衍生物中的任意一种或多种组合。

所述聚电解质层的厚度为1 nm~500μm。

所述基底材料为生物相容性材料，为金属、陶瓷、聚合物、天然材料及其复合材料中的任意一种或多种组合。

所述水凝胶层为聚丙烯酰胺基水凝胶、聚（丙烯酸）基水凝胶、聚（N,N-二甲基丙烯酰胺）基水凝胶中的任意一种或多种组合。

本发明还公开了上述抗溶胀表层复合水凝胶，包括以下步骤：

S1，对所选的基底材料进行表面处理，确保水凝胶层能够均匀结合于基底材料上；

S2，将所选的水凝胶前体、助剂和溶剂混合后，得到水凝胶前体溶液，通过溶液聚合或其他交联方法，在基底材料上形成水凝胶层；

S3，将聚电解质溶液渗透至水凝胶层表面，形成聚电解质层；

S4，对聚电解质层进行固化处理，控制水凝胶的溶胀行为。

所述步骤S3中，渗透方式为浸泡、喷涂或涂覆中的任意一种，所述浸泡时间为2~12h。

所述步骤S4中，固化方式为化学交联、热处理或光固化中的任意一种；所述化学交联的交联剂的浓度为1%~80%，交联反应时间为10 min~24 h；所述热处理的温度为40℃~150℃，时间为5 min~100 min。

本发明还公开了上述抗溶胀表层复合水凝胶在医疗敷料、创伤修复中的应用。

本发明还公开了上述抗溶胀表层复合水凝胶在药物释放系统、生物医学传感器中的应用。

聚电解质与水凝胶表面形成致密的离子交联表面层，通过半透性屏障的形成等机制调节水凝胶溶胀，这种机制限制了水的流入并降低了渗透压。这种抗溶胀机制使水凝胶在湿态环境中使用时，不会对伤口产生过大的压力，从而能够稳定地粘附在伤口上，提供有效的保护。

本发明中的这种表层复合水凝胶溶胀控制材料，该材料中，包含了基底材料、结合在基底材料上的水凝胶层以及通过聚电解质层控制溶胀的聚电解质层。基底材料提供了良好的机械支撑，水凝胶层作为高含水的功能模块，在控制溶胀的同时保持其高度的亲水性与生物相容性，而聚电解质层则作为一个界面调控层，有效地减缓了水凝胶的溶胀速率，降低了由溶胀引起的界面张力。通过这种结构设计，本发明的水凝胶溶胀控制材料能够在湿润环境中保持较好的机械稳定性和功能性，避免了传统水凝胶在生物医用应用中的溶胀过度问题。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过在水凝胶表面形成聚电解质层，有效控制水凝胶的溶胀行为，避免因溶胀引起的机械性能下降和界面张力问题；聚电解质层的形成不干扰水凝胶的基本组成，能够保持水凝胶的生物相容性和功能性；该方法简单易行，且具有较好的可控性，适用于大规模生产和应用。