可见光辅助多机制设计韧性水凝胶

韧性水凝胶由于其独特的机械性能而引起的广泛关注，它在各领域具有广阔的应用前景，例如可穿戴电子产品、组织工程和蛋白质/细胞输送等领域。通常，韧性水凝胶具有相互渗透的刚性和软弹性网络，从而使它们具有较高的机械强度和承受应变的能力，以保持其结构完整性。负载时，刚性网络会通过不同的耗散机制迅速耗散机械能，这可以有效防止灾难性裂纹在水凝胶中传播。释放应变后，变形的水凝胶可以借助其柔软的弹性体网络恢复到原始状态。然而，由于在一个系统中的并联多网络，韧性水凝胶难以像具有单个网络的传统水凝胶一样被制造。目前大多数报道的制造工艺是通过长时间的紫外线照射或在高温下加热并分多个步骤进行的，这限制了它们的生物学和工业应用。

       近日，西北大学化学与材料科学学院的于游教授团队报导了一种在温和条件下开发坚韧水凝胶的多机制、直接简单的一步设计法。在可见光照射下完成整个制造过程仅需几十秒钟，引发剂的快速分解使其具有生物相容性，适用于细胞封装和增殖。该方法使用典型的金属离子和常用的合成聚合物与藻酸盐形成坚韧的水凝胶。这种软水凝胶具有良好的机械强度和相当高的韧性。多机制设计可提高水凝胶的弹性，减少其塑性变形，并在各种环境下保持高韧性。此外，这种光辅助机制与许多不同的光刻技术兼容，可用于制造高分辨率2D/3D微结构（约100μm）。这一方法为在材料化学，组织工程和柔性电子学领域激发高性能水凝胶的设计和应用开辟了视野。相关研究成果发表在《Nature Communications》（钟雨豪）

文章链接：Wang, C., Zhang, P., Xiao, W. et al. Visible-light-assisted multimechanism design for one-step engineering tough hydrogels in seconds. Nat Commun 11, 4694 (2020).
       https://doi.org/10.1038/s41467-020-18145-w