《AFM》石河子贾鑫，化物所蒋盼/王晓龙：应变诱导微相分离实现强韧超分子水凝胶
结构化水凝胶广泛用于生物医学、软机器人和柔性电子产品，但在强韧性和形状建模方面仍面临巨大挑战。近日，科研人员受生物系统中普遍的氢键相互作用的启发，开发了一种通过氢键工程实现可印刷、坚韧的超分子聚合物水凝胶的应变诱导微相分离路径。具体来说，它通过相转化诱导的氢键重建巧妙地设计和制造了具有高氢键能的聚（N-丙烯酰氨基脲-共-丙烯酸）水凝胶。所得水凝胶表现出独特的应变诱导微相分离行为，从而产生了优异的强韧性，例如，极限应力为 9.1 ± 0.3 MPa，应变水平为 1020 ± 126%，韧性为 33.7 ± 6.6 MJ m-3，断裂能为 171.1 ± 34.3 kJ m-2。更重要的是，氢键工程超分子水凝胶具有动态形状记忆特性，即在低温下形状固定，加热后恢复。作为概念验证，定制的水凝胶支架很容易通过 3D 打印制造，具有良好的生物相容性、承载性和药物洗脱性，有利于生物医学应用。相信目前具有超高韧性的结构动态水凝胶的 3D 打印可以拓宽其应用。
图1超分子聚合物水凝胶的氢键工程。a) DNA 双螺旋结构示意图。b) 不同类型的氢键能。c）构象和d）PNA水凝胶中氢键重建的示意图。
图2应变诱导的水凝胶微相分离。
图3超分子聚合物水凝胶的力学性能。
图4超分子聚合物水凝胶的温度响应行为。
图5水凝胶支架的机械性能和生物相容性。
图6水凝胶支架的植入和药物释放。
相关论文以题为Strong and Ultra-Tough Supramolecular Hydrogel Enabled by Strain-Induced Microphase Separation发表在《Advanced Functional Materials》上。通讯作者是石河子大学贾鑫教授，中科院兰州化物所蒋盼博士，王晓龙研究员。
参考文献： http://doi.org/10.1002/adfm.202210395