自修復(fù)和耐損傷水凝膠
關(guān)注創(chuàng)建者：非金非土非木 創(chuàng)建時間：2021-07-14
自修復(fù)和耐損傷水凝膠的實例教程
f) 在 1 個太陽下，水隨時間的質(zhì)量變化。g)SG3超過9小時的長期穩(wěn)定性測試。h) 純水和不同含水量的 cl-PVA/SA/PAAS 水凝膠的 DSC 曲線和 i) cl-PVA/SA/PAAS水凝膠中水的拉曼光譜和譜帶擬
合。
圖7
a) 基于滲透泵效應(yīng)的太陽能海水淡化示意圖。b) 1 太陽下不同 PAAS 含量的 SG3 太陽能脫鹽。c) SG3 在鹽度范圍很廣的鹽水中的水分蒸發(fā)率。d) 太陽能淡化過程中 SG3 表面的數(shù)碼照片。e) SG3 在室內(nèi)環(huán)境中超過 2 個月的同步水分蒸發(fā)率和光照強度。f) 鹽水中水凝膠的脫鹽率。g) 具有廣泛鹽度的鹽水中水凝膠的失水/失水。h) 太陽能淡化前后海水的一次元素濃度和鹽度。
【總結(jié)】
總之，通過自修復(fù)聚合物水凝膠的輕松集成成功制造了整體式、耐用且自漂浮的界面蒸汽發(fā)生器，并證明其可用于高性能太陽能驅(qū)動的水蒸發(fā)和脫鹽。選定的復(fù)合聚合物作為水凝膠中的構(gòu)建塊提供了設(shè)計的獨特優(yōu)點，其合理性如下：
i）利用豐富的動態(tài)共價和非共價鍵，通過化學(xué)和物理交聯(lián)成功形成自修復(fù)水凝膠PVA、SA 和 PAAS。它們的保水性、機械性能和自愈能力很容易通過改變材料成分的質(zhì)量比來調(diào)節(jié)，從而首次開發(fā)出用于界面蒸汽發(fā)生器的自愈和耐損壞構(gòu)件；ii) 表面粗糙度的調(diào)節(jié)和結(jié)構(gòu)元件（太陽能吸收器和水路）的集成通過自愈過程得到了
顯著簡化；
iii) 優(yōu)化的材料組件和合理的器件結(jié)構(gòu)使整體器件中太陽能吸收、浮力、耐久性、水擴散、熱定位和耐鹽性的協(xié)同管理成為可能。
結(jié)果，淡水設(shè)備在 1 個太陽下達到了 ≈2.2 kg m-2 h
-1
的高且穩(wěn)定的水蒸發(fā)率。
展開 【科研摘要】
可生物降解的自修復(fù)水凝膠
是用于治療系統(tǒng)，可重復(fù)使用的設(shè)備以及智能細胞
/藥物載體的高度理想的材料。許多研究工作都通過物理或化學(xué)策略/設(shè)計將重點放在自愈水凝膠的其他功能上。
最近，國立臺灣大學(xué)
徐善慧教授
團隊
合成
了N- [3-（4-羥基苯基）丙酰胺基]殼聚糖和雙功能Pluronic-F127交聯(lián)劑（DF-PF）
并反應(yīng)形成了
高含水量
（
96.5
wt
％
）
的酚-殼聚糖自修復(fù)水凝膠（CPF））。水凝膠的相干小角X射線散射（SAXS）分析表明，快速形成的初級分形網(wǎng)絡(luò)隨后逐漸形成
次級膠束結(jié)構(gòu)（
?
12 nm）
。這樣的核-殼膠束結(jié)構(gòu)增強了層次結(jié)構(gòu)，并賦予水凝膠
熱響應(yīng)性，這已通過流變學(xué)和
SAXS驗證。由于受到生物啟發(fā)的酚化學(xué)作用，CPF水凝膠對人造皮膚具有粘附性
（結(jié)合強度為4–7 kPa）
。
連同快速的（<30 s）凝膠動力學(xué)，水凝膠可以通過雙注射器作為快速粘合劑輸送。
此外，CPF水凝膠的快速膠凝特性使間
充質(zhì)干細胞
在空間上均勻地包埋，并在
14天內(nèi)進一步發(fā)展成多細胞球體
。這種新型的自修復(fù)水凝膠具有多種功能，得益于膠束結(jié)構(gòu)和酚醛改性。相應(yīng)的分層結(jié)構(gòu)研究為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的下一代自愈水凝膠的多尺度設(shè)計提供了見識。
相關(guān)論文以題為
Injectable Phenolic-Chitosan Self-Healing Hydrogel with Hierarchical Micelle Architectures and Fast Adhesiveness
發(fā)表在《
C
hemistry of Materials
》上。
展開 水凝膠作為一種具有重要意義的軟材料，擁有優(yōu)秀的生物相容性、力學(xué)柔韌性以及獨特的粘附性，在生物醫(yī)療設(shè)備、軟機器人、人造電子皮膚和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域極具吸引力。目前，主要有兩種設(shè)計策略來提升水凝膠的性能。一是利用共價和非共價相互作用對整個凝膠網(wǎng)絡(luò)進行編程，從而使得水凝膠的本體性能（例如機械、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)）得以提升；二是調(diào)節(jié)水凝膠與周圍環(huán)境的界面相互作用，賦予水凝膠表面以額外的功能，例如自黏附性。然而，由于缺少合適的相互作用，水凝膠較難同時實現(xiàn)增強的本體和界面性質(zhì)。貽貝啟發(fā)的兒茶酚衍生物能調(diào)控水凝膠網(wǎng)絡(luò)中的多種分子水平的相互作用，擁有“點石成金”般的強大力量，因此廣受研究人員們的青睞。即使擁有如此利器，設(shè)計一種同時具備高拉伸性（> 3000%）和強粘附性（在皮膚表面的粘附強度> 30 kPa）的水凝膠仍面臨居多挑戰(zhàn)。首先，貽貝啟發(fā)的水凝膠的形成大都無法擺脫對共價交聯(lián)劑的依賴，這不僅導(dǎo)致本體聚合物網(wǎng)絡(luò)變得死板，難以在遭遇形變時實現(xiàn)有效的能量耗散，并且也限制了水凝膠與周圍界面的相互作用。其次，水凝膠在本體和界面內(nèi)的動態(tài)相互作用位點往往不足，制約了水凝膠拉伸性和粘附性的同步提升。
針對這些難題，香港城市大學(xué)王鉆開教授團隊報道了一種完全基于單寧酸介導(dǎo)的相互作用（TEDI）而實現(xiàn)超強拉伸性、高粘附性和自修復(fù)性的離子水凝膠（如圖1）。其中單寧酸介導(dǎo)的動態(tài)相互作用發(fā)揮了兩個重要作用：一方面提供足夠的非共價交聯(lián)，完全取代了常規(guī)共價交聯(lián)在凝膠化中的作用，另一方面充當(dāng)調(diào)控平臺，實現(xiàn)對水凝膠的本體/界面性質(zhì)的精確控制。相較于傳統(tǒng)的貽貝水凝膠，TEDI水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)越的拉伸性（可被拉伸至原始長度的73倍），卓越的自愈能力和強大的粘附性（在豬皮表面的粘附強度可達50 kPa）。
展開 急性心肌梗死后引發(fā)的大量心肌細胞壞死、纖維瘢痕形成等將造成心室重構(gòu)和心功能下降，嚴重影響心梗患者的預(yù)后。梗死后的心肌再生能力有限，目前的醫(yī)學(xué)手段臨床效果仍然不盡理想。
近年來，導(dǎo)電水凝膠在心肌梗死后的心臟功能重建中表現(xiàn)出理想的治療效果。然而，在心臟復(fù)雜的微環(huán)境下，如何優(yōu)化制備具有良好生物相容性、導(dǎo)電和力學(xué)性能穩(wěn)定的水凝膠補片，仍然是學(xué)者們面臨的主要挑戰(zhàn)。南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院廣東省組織構(gòu)建與檢測重點實驗室主任邱小忠教授團隊將FDA批準的具有良好生物相容性的導(dǎo)電高分子聚丙烯酸（PAA）引入水凝膠基質(zhì)中，開發(fā)了一種性能可調(diào)的自修復(fù)離子導(dǎo)電水凝膠（POG1）。該水凝膠在預(yù)防左心室重塑和恢復(fù)心臟功能方面發(fā)揮了良好的潛能。該研究介紹了一種以前尚未探索的具有出色心肌梗死修復(fù)功能的離子導(dǎo)電水凝膠心肌補片修復(fù)心梗的策略。
圖1：可調(diào)自修復(fù)離子導(dǎo)電水凝膠的制備及其應(yīng)用于心肌梗死修復(fù)的示意圖。
近年來，導(dǎo)電水凝膠在心肌梗死后的心臟功能重建中表現(xiàn)出理想的治療效果。然而，在心臟復(fù)雜的微環(huán)境下，如何優(yōu)化制備具有良好生物相容性、導(dǎo)電和力學(xué)性能穩(wěn)定的水凝膠補片，仍然是學(xué)者們面臨的主要挑戰(zhàn)。南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院廣東省組織構(gòu)建與檢測重點實驗室主任邱小忠教授團隊將FDA批準的具有良好生物相容性的導(dǎo)電高分子聚丙烯酸（PAA）引入水凝膠基質(zhì)中，開發(fā)了一種性能可調(diào)的自修復(fù)離子導(dǎo)電水凝膠（POG1）。該水凝膠在預(yù)防左心室重塑和恢復(fù)心臟功能方面發(fā)揮了良好的潛能。該研究介紹了一種以前尚未探索的具有出色心肌梗死修復(fù)功能的離子導(dǎo)電水凝膠心肌補片修復(fù)心梗的策略。
展開 可注射水凝膠敷料由于其可調(diào)控的物理化學(xué)性質(zhì)、高度的生物相容性以及在微創(chuàng)手術(shù)中的遞送能力，在內(nèi)部組織損傷修復(fù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，絕大部分的可注射水凝膠敷料缺乏對胃部生理環(huán)境的適應(yīng)能力，在胃酸環(huán)境下的不穩(wěn)定性限制了其在胃部損傷修復(fù)的應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)可注射水凝膠的非生物正交固化過程對人體組織及其正常的生理活動存在一定程度的影響與干擾。因此，研究同時具有生物環(huán)境自適應(yīng)能力與生物正交固化過程的多功能可注射水凝膠敷料在內(nèi)部組織損傷修復(fù)中具有重要意義。
近日，加拿大阿爾伯塔大學(xué)曾宏波教授課題組與Ravin Narain教授和廣州醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院劉季芳教授合作提出了一種基于生物環(huán)境自適應(yīng)性超分子組裝的可注射水凝膠，并探討了其在胃穿孔修復(fù)中的應(yīng)用。該凝膠由一種ABA三嵌段共聚物構(gòu)成。聚合物前驅(qū)體溶液不僅可以利用生理環(huán)境實現(xiàn)物理超分子組裝，而且組裝所得的凝膠可進一步在胃酸環(huán)境中獲得自修復(fù)、組織粘附、抗生物積垢等功能（圖1）。
圖1：基于胃環(huán)境自適應(yīng)性超分子組裝的可注射水凝膠設(shè)計示意圖。
受溫度調(diào)控的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變過程賦予了凝膠良好的可注射性（圖2）。同時，在胃酸環(huán)境中該凝膠利用輸水作用與氫鍵作用的協(xié)同作用可以實現(xiàn)快速自修復(fù)（圖3）。
圖2：受溫度調(diào)控的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變過程及可其可注射性能。
圖3：水凝膠自修復(fù)性能
在大鼠模型中，與用于治療胃穿孔的傳統(tǒng)大網(wǎng)膜植入手術(shù)相比，使用該凝膠不僅簡化了手術(shù)過程，并且可以有效減輕術(shù)后腹腔黏連等并發(fā)癥 （圖4）。
展開 
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自修復(fù)和耐損傷水凝膠的最新內(nèi)容
隨著電子設(shè)備的日益更新，新一代柔性電子設(shè)備越來越得到人們的青睞，例如電子皮膚、離子皮膚等柔性電子器件。但相比之下，具有柔性，透明性和自修復(fù)性的供能設(shè)備卻鮮有報道。基于摩擦生電和靜電感應(yīng)耦合的納米摩擦電發(fā)電機(TENG)，因其優(yōu)異的發(fā)電性能、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、便攜性等優(yōu)點已被廣泛用于開發(fā)下一代電源器件。盡管，已經(jīng)有研究者報道利用水凝膠
當(dāng)液體與固體相接觸時，在二者的界面處會形成雙電層，這是電化學(xué)、微流體學(xué)和膠體化學(xué)等許多研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)。近期的一些研究表明，在不同的環(huán)境刺激下，液固界面雙電層的動態(tài)變化可以對外輸出電功，例如濕度變化、水蒸發(fā)發(fā)電等。此外，機械運動也可以引起固-液界面的動態(tài)變化，從而實現(xiàn)機械能-電能的轉(zhuǎn)換。前期的一些工作報道了基于水滴與介電聚合物間動態(tài)界面的發(fā)電器件
水凝膠作為一種具有重要意義的軟材料，擁有優(yōu)秀的生物相容性、力學(xué)柔韌性以及獨特的粘附性，在生物醫(yī)療設(shè)備、軟機器人、人造電子皮膚和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域極具吸引力。目前，主要有兩種設(shè)計策略來提升水凝膠的性能。一是利用共價和非共價相互作用對整個凝膠網(wǎng)絡(luò)進行編程，從而使得水凝膠的本體性能（例如機械、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)）得以提升；二是調(diào)節(jié)水凝膠與周圍環(huán)境的界面相互作用
【摘要】
為了滿足各種實際需求并增強人類體驗，具有多功能性的水凝膠對于柔性可穿戴傳感器具有重要意義。最近，
東華大學(xué)
凡小山副教授
/
劉天西教授
團隊
已經(jīng)開發(fā)出一種新策略來制造具有優(yōu)異拉伸性、快速恢復(fù)性、自愈性和出色粘附性的納米復(fù)合水凝膠。
PAAc/SiO
2
【摘要】
太陽能驅(qū)動的界面蒸發(fā)已成為一種用于高效、清潔水生產(chǎn)的創(chuàng)新和可持續(xù)技術(shù)。現(xiàn)實世界的應(yīng)用依賴于新型低成本、輕質(zhì)和堅固的材料，這些材料可以集成到一個整體設(shè)備中，該設(shè)備能夠承受開闊水域的各種現(xiàn)實條件。盡管迄今為止相關(guān)研究很少，但自修復(fù)構(gòu)件非常需要防止永久性故障、恢復(fù)原始功能和維持界面蒸汽發(fā)生器的使用壽命。
介紹
具有優(yōu)異機械強度和可控組分調(diào)節(jié)特性的雙網(wǎng)絡(luò)（
DN）水凝膠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用范圍。然而，DN 水凝膠的組織粘附、皮膚親和力、自愈和抗菌性能不足以作為皮膚貼劑應(yīng)用。
最近
，
南京理工大學(xué)
馮章啟
副教授
團隊
制備了多巴胺/氧化鋅 (DOPA/ZnO) 摻雜的聚
摘要
構(gòu)建具有高透明度、優(yōu)異機械強度、高韌性和快速自我恢復(fù)的離子導(dǎo)電水凝膠是非常需要但具有挑戰(zhàn)性的。先前，從
1-甲基-3-（4-乙烯基芐基）咪唑鎓的無規(guī)共聚角度，
東華大學(xué)
張超研究員
/
劉天西
教授
團隊
提出了一種氫鍵網(wǎng)絡(luò)致密化策略，用于制備高度可拉伸且透明的聚（離子液體）水凝膠（PAM-r-MVIC）氯化物和丙烯酰胺在水中。由于形成了致密的氫鍵網(wǎng)絡(luò)
可注射水凝膠敷料由于其可調(diào)控的物理化學(xué)性質(zhì)、高度的生物相容性以及在微創(chuàng)手術(shù)中的遞送能力，在內(nèi)部組織損傷修復(fù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，絕大部分的可注射水凝膠敷料缺乏對胃部生理環(huán)境的適應(yīng)能力，在胃酸環(huán)境下的不穩(wěn)定性限制了其在胃部損傷修復(fù)的應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)可注射水凝膠的非生物正交固化過程對人體組織及其正常的生理活動存在一定程度的影響與干擾
【科研摘要】
具有感應(yīng)能力的人造皮膚在可穿戴設(shè)備和軟機器人的應(yīng)用中具有巨大潛力。受人類皮膚功能的啟發(fā)，包括通過電信號感應(yīng)刺激和損傷指示的瘀傷，
最近，
香港中文大學(xué)（深圳）
朱世平加拿大工程院院士
/
張祺助理教授
團隊
合成了
一種離子傳導(dǎo)性和機械致變色有機水凝膠，并被證明是離子性皮膚（
I皮膚）。
由機械發(fā)色團交聯(lián)的膠束組成的凝膠具有機械堅固性
具有良好生物相容性、自修復(fù)性能和可選擇性移除的注射型水凝膠作為傷口修復(fù)材料在實際應(yīng)用過程中具有巨大優(yōu)勢。然而，同時滿足這些條件的水凝膠傷口敷料的制備仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。最近，武漢大學(xué)天然高分子團隊周金平教授/陳云教授團隊利用羧甲基殼聚糖的離子響應(yīng)性，開發(fā)出了滿足上述功效的水凝膠傷口敷料。該策略是通過引入三價金屬離子Fe3
