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  磁性水凝膠由磁性粒子與水凝膠基體復合而成，近年來關(guān)于磁性水凝膠的發(fā)展十分迅速，其在藥物釋放、光子晶體、驅(qū)動器和人造肌肉等方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。然而現(xiàn)有的磁性水凝膠力學性質(zhì)極差，大大限制了其實際應(yīng)用。

  西安交通大學王鐵軍教授課題組與北京大學方岱寧院士合作，提出了一種溶液浸泡的策略來制備韌性極好的磁性納米復合水凝膠 （J. Mater. Chem. B, 2018,6, 2713）。通過這種方法，可以同時解決磁性水凝膠的兩個普遍問題：較差的力學性質(zhì)和較差的粒子分布。該磁性納米復合水凝膠的斷裂韌性高達11000J/m²， 是目前韌性最好的磁性水凝膠之一。

圖1 磁性納米復合水凝膠的制備與材料表征

圖2 磁性納米復合水凝膠的高斷裂韌性

  磁性水凝膠力學性質(zhì)的提高，將大大拓展其應(yīng)用。作者們展示了一種新的應(yīng)用：磁性水凝膠在非接觸式激勵下的形狀控制。在高頻動態(tài)磁場作用下，由磁性水凝膠和高彈體組成的雙層梁，可以從二維結(jié)構(gòu)自動變化為三維結(jié)構(gòu)，類似于一朵荷花逐漸合攏。雙層梁的形狀改變是由動態(tài)磁場中磁性水凝膠的磁熱效應(yīng)導致的。不同于以往的光控制方法，用磁場來控制凝膠多材料系統(tǒng)的形狀變化是一項新的技術(shù)，未來可能用于調(diào)控更為復雜的軟結(jié)構(gòu)。

圖3 利用磁熱效應(yīng)觸發(fā)磁性水凝膠的形狀變化

  為了實現(xiàn)磁性水凝膠在體液中的穩(wěn)定性，王鐵軍教授課題組進一步與西安交通大學胡建教授合作，制備了磁性雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠（J. Mater. Chem. B, 2019, DOI: 10.1039/c8tb03301c）。雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠是近年來最為流行的韌性水凝膠之一，由兩層化學交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)組成，第一層網(wǎng)絡(luò)短而硬，第二層網(wǎng)絡(luò)長而軟，最早由北海道大學的龔劍萍教授發(fā)明。傳統(tǒng)的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠性質(zhì)穩(wěn)定，但是幾乎不對外界刺激敏感。該文章中展示的磁性雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠具有優(yōu)異的力學性能，良好的穩(wěn)定性以及可調(diào)的磁熱行為。

圖4 磁性雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備及其在PBS緩沖液中的穩(wěn)定性

  磁性水凝膠的磁熱效應(yīng)的機制是磁性粒子的Neel耗散，即磁性粒子的磁矩在外界磁場下排列取向和去取向。通過調(diào)控氫氧化鈉的濃度，鐵離子的濃度以及磁場強度，可以改變磁性雙網(wǎng)絡(luò)凝膠的磁熱行為。利用磁熱效應(yīng)，作者展示了磁性雙網(wǎng)絡(luò)凝膠的兩個應(yīng)用：生物組織加熱和藥物釋放。

圖5 磁性雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的可控磁熱行為

圖6 利用磁性雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠實現(xiàn)生物組織加熱

圖7 利用磁性雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠實現(xiàn)藥物釋放

  這兩項研究工作均發(fā)表在 Journal of Materials Chemistry B 上，一篇為背部封面文章（back cover）。西安交通大學航天航空學院青年教師唐敬達博士是兩篇論文的第一作者，王鐵軍教授為通訊作者。 兩篇論文各有一位共同通訊作者，分別是北京大學裴永茂教授和西安交通大學胡建教授。

論文信息與鏈接：

1. Jingda Tang, Zongfei Tong, Yukun Xia, Ming Liu, Zengyao Lv, Yang Gao, Tongqing Lu, Shejuan Xie, Yongmao Pei,* Daining Fang and T.J. Wang*, Super tough magnetic hydrogels for remotely triggered shape morphing, J. Mater. Chem. B, 2018, 6, 2713.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/tb/c8tb00568k

2. Jingda Tang, Yancheng Qiao, Yanhui Chu, Zongfei Tong, Yifan Zhou Wenlei Zhang, Shejuan Xie, Jian Hu* and Tiejun Wang*, Magnetic double-network hydrogels for tissue hyperthermia and drug release, J. Mater. Chem. B, DOI: 10.1039/c8tb03301c.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/tb/c8tb03301c/unauth#!divAbstract