多孔MXene水凝膠的案例
浙大《AFM》：一種多孔MXene水凝膠的可控圖案化策略！
雖然金屬輔助電凝膠法可以實現對多孔MXene的直接改性，但要充分利用MXene結構的比表面積改善特性，還需要進一步研究在多孔MXene上大量負載納米粒子。（文：SSC）
圖1.多孔Ti3C2MXene水凝膠的可控構圖
圖2.多孔Ti3C2分子篩三維組裝的機理研究
圖3.使用電凝膠法進行圖案分辨率的探索。
圖4.多孔MXene水凝膠的應用
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。
吉大林權教授課題組AFM：仿肌肉結構且具有各向異性的MXene導電水凝膠的制備及在生物傳感器方面應用
導電水凝膠作為柔性電子器件，不僅具有獨特的吸引力，而且滿足了機械柔性和智能傳感的基本需求。如何賦予傳統均質導電水凝膠和柔性傳感器各向異性和廣泛的應用溫度范圍仍然是一個挑戰。
近日，吉林大學超分子國家重點實驗室林權教授課題組通過定向凍結的方法制備具有各向異性的MXene導電水凝膠，其靈感來自于肌肉的有序結構。由于MXene導電水凝膠的各向異性，其力學性能和導電性在特定方向上得到增強。通過溶劑置換的方法，賦予導電水凝膠較寬的耐溫范圍為-36°C至25°C。因此，受肌肉啟發的MXene導電水凝膠具有各向異性和耐低溫性，可作為可穿戴柔性傳感器和3D傳感陣列（圖1）。
圖1. PMZn-GL水凝膠的合成方法及其在可穿戴柔性傳感器和三維傳感器陣列中的應用。
圖2. a)溶膠-凝膠轉變。b)導電水凝膠橫截面的SEM圖像。c)SEM圖像的俯視圖。d)MXene導電水凝膠在平行和垂直網絡方向的存儲模量和損耗模量。e)拉伸應力-應變曲線。f)壓力-應變曲線。g)電導率。
通過凍融和定向冷凍相結合的方式，制成MXene導電水凝膠。通過掃描電鏡（SEM）觀察水凝膠的結構，發現所制備的導電水凝膠具有有序的取向性，水凝膠結構為有序的網絡。后續對MXene導電水凝膠的各向異性進行研究，通過流變、拉伸、壓縮、電導率這四個方面進行研究討論。他們發現沿水凝膠網絡方向的各項數據均優于垂直于水凝膠網絡的，說明所制備的MXene導電水凝膠具有獨特的各向異性（圖2）。這項研究為設計可穿戴柔性傳感器提供了一種新的策略。
展開 清華謝續明教授課題組 ACS Nano：由MXene納米片促進構筑的高強韌、超拉伸、高導電和智能型多重鍵網絡物理水凝膠
圖1 高強韌和超拉伸的多重鍵合網絡（MBN）水凝膠的設計原理
圖2 含水量為70 wt% 的MXene-PAA MBN物理水凝膠的（a）應力-應變曲線，（b）拉伸強度和斷裂伸長率與MXene含量的關系。含水量為80 wt% 、MXene含量為0.5 wt% 的MXene-PAA-Fe3+ MBN物理水凝膠的（c）應力-應變曲線，（d）拉伸強度和斷裂伸長率與Fe3+含量的關系。
圖2a和b分別展示了含水量為70 wt% 的MXene-PAA MBN物理水凝膠的應力-應變曲線，拉伸強度和斷裂伸長率與MXene含量的關系。隨著MXene用量從0.1 wt% 增加到1.0 wt%，MXene-PAA水凝膠的拉伸強度從190 kPa持續上升到450 kPa，而斷裂伸長率從3000%下降到1300%。
進一步通過可控離子滲透的方式吸收Fe3+，可以在MXene-PAA水凝膠中均勻地引入更多Fe3+誘導的配位作用，賦予水凝膠更多的能量耗散機制，有助于提高水凝膠的韌性。圖2c和d分別展示了含水量為80 wt% 、MXene含量為0.5 wt% 的MXene-PAA-Fe3+ MBN物理水凝膠的應力-應變曲線。隨著更多Fe3+誘導的配位作用的引入，MXene-PAA-Fe3+水凝膠的拉伸強度顯著提高。當Fe3+含量為5 mol%時，MXene-PAA-Fe3+水凝膠的拉伸強度可以高達3700 kPa，相對于不含Fe3+的MXene-PAA水凝膠，其力學強度有了數量級的提升，并且依然保持有大的斷裂伸長率（2570%）。
展開 ：能承受百萬次高頻力學加載、細胞兼容、可注射的多孔雙網絡水凝膠
可注射水凝膠因其簡單、易用、微創等特性，是治療受損組織的首選材料。但是，可注射水凝膠的臨床應用受制于兩大難點。第一，常用的水凝膠內部的孔徑在10納米量級，這么小的孔徑阻礙血液及養分的快速輸運；超過1-3 毫米的凝膠，若無血管化，難以保障深層細胞的存活?？焖傺芑y以在可注射水凝膠中實現，因此現有材料難以應用于厘米級別以上的組織和器官。第二，現有可注射水凝膠的斷裂韌性普遍偏低，難以勝任一些活動部位軟組織的修復。比如人類的聲帶在工作時會產生每秒上百次的高頻大幅度震動，目前尚無可注射水凝膠能夠經受住如此極端的機械刺激而不破裂。此外，增加水凝膠孔徑可以有效促進營養滲透，但會損失機械性能。近些年開發的雙網絡水凝膠，大多數基于具有生物毒性的單體和反應條件，因此無法用于注射。即使是使用現有的細胞兼容的雙網絡水凝膠配方也無法解決水凝膠滲透率低的問題。
針對以上問題，加拿大麥吉爾大學的李劍宇和Luc Mongeau教授團隊首次提出利用分步交聯和微分相行為，創造出細胞兼容、可注射、可澆灌的多孔雙網絡水凝膠（Porous double-network hydrogels, 簡稱PDN）。該方法創造出的水凝膠具有細胞大小的聯通的微孔，在無血管化的條件下，細胞培養基可直接穿透器官級別厚度的水凝膠來保障其中細胞的存活和生長。與此同時，該凝膠體系具有高韌性，抗疲勞，且對缺陷不敏感。在長時間高頻生理機械環境刺激后保持無破損（120Hz頻率下大于6百萬次）。該方法首次集多孔、增韌、可注射性、細胞兼容等考量于一體，有望實現對治療活躍軟組織部位的修復，同時解鎖新的生物應用的可能性。
該團隊利用殼聚糖pH值從酸性到中性過程中發生微分相的特性來展示PDN合成方法。
展開 
