課題組穆齊鋒微納米凝膠纖維工作被ACS Appl. Mater. Interfaces接受
水凝膠是一類通過化學或物理交聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)高分子材料，高分子網(wǎng)絡(luò)與水分子之間的氫鍵作用將溶劑束縛在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。作為一種準固態(tài)物質(zhì)，水凝膠能夠在多種外界刺激下改變形狀或體積，因此在軟體機器人、傳感器和柔性電子皮膚等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。溫敏水凝膠是一種對溫度具有響應(yīng)性的水凝膠，傳統(tǒng)的溫敏塊狀水凝膠(Thermoresponsive bulk hydrogel)對溫度刺激響應(yīng)速率慢、機械性能(強度、韌性和自恢復(fù)等)較差，且不具備多層次、多尺度的仿生微結(jié)構(gòu)，從而限制其在各領(lǐng)域的應(yīng)用。在自然界的生物軟組織中，多尺度結(jié)構(gòu)(各向異性纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表面及內(nèi)部的微納米結(jié)構(gòu))對生物材料的快速環(huán)境響應(yīng)性和優(yōu)異的機械性能等功能至關(guān)重要。
受生物水凝膠肌動蛋白(Actin)結(jié)構(gòu)和功能特性的啟發(fā)。近日，天津工業(yè)大學張青松教授/清華大學危巖教授團隊采用高壓靜電紡絲技術(shù)構(gòu)筑具有各向異性的成束纖維結(jié)構(gòu)的溫敏纖維水凝膠(Termoresponsive
fibrous hydrogel, TFH)，在水下單軸拉伸過程中首次發(fā)現(xiàn)其多尺度取向的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，水下循環(huán)拉伸試驗表明其具有超快的自恢復(fù)性能(self-recovery)，等待10
s的滯后恢復(fù)比高達74%。TFH經(jīng)簡單加捻后可制備面條狀智能吸附器件，在溫控蛋白吸附方面展現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用價值。
相關(guān)工作近期以“Robust Multiscale-Oriented Thermoresponsive Fibrous
Hydrogels with Rapid Self-Recovery and Ultrafast Response Underwater”為題發(fā)表在《ACS
Applied Materials & Interfaces》上。論文第一作者現(xiàn)為日本北海道大學生命科學學院博士生穆齊鋒，共同通訊作者為天津工業(yè)大學材料科學與工程學院張青松教授和清華大學化學系危巖教授。天津工業(yè)大學陳莉教授和北京航空航天大學蔡仲雨教授也參與了該研究工作。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃(2019YFC0119400)和教育部留學基金委項目(CSC NO. 201808120092)的資助。同時感謝北海道大學龔劍萍教授課題組對本研究工作在相關(guān)實驗方面上的大力支持。
通過巧妙結(jié)合高壓靜電紡絲技術(shù)與紫外光交聯(lián)，成功構(gòu)筑了具有各向異性的成束纖維結(jié)構(gòu)的溫敏纖維水凝膠。該材料的多尺度結(jié)構(gòu)演變過程研究不僅為理解多層次生物凝膠結(jié)構(gòu)提供深刻的啟示，同時也為開發(fā)多層次各向異性纖維水凝膠提供新的思路和策略。并且，該溫敏纖維水凝膠在目標分子特異性可調(diào)吸附、分離、純化，仿生紡織品，智能皮膚及柔性器件等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
論文鏈接:
https://doi.org/10.1021/acsami.0c06164