導(dǎo)電水凝膠的案例
吉大林權(quán)教授課題組AFM：仿肌肉結(jié)構(gòu)且具有各向異性的MXene導(dǎo)電水凝膠的制備及在生物傳感器方面應(yīng)用
導(dǎo)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(tǒng)均質(zhì)導(dǎo)電水凝膠和柔性傳感器各向異性和廣泛的應(yīng)用溫度范圍仍然是一個挑戰(zhàn)。
近日，吉林大學(xué)超分子國家重點實驗室林權(quán)教授課題組通過定向凍結(jié)的方法制備具有各向異性的MXene導(dǎo)電水凝膠，其靈感來自于肌肉的有序結(jié)構(gòu)。由于MXene導(dǎo)電水凝膠的各向異性，其力學(xué)性能和導(dǎo)電性在特定方向上得到增強。通過溶劑置換的方法，賦予導(dǎo)電水凝膠較寬的耐溫范圍為-36°C至25°C。因此，受肌肉啟發(fā)的MXene導(dǎo)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(yīng)用。
圖2. a)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變。b)導(dǎo)電水凝膠橫截面的SEM圖像。c)SEM圖像的俯視圖。d)MXene導(dǎo)電水凝膠在平行和垂直網(wǎng)絡(luò)方向的存儲模量和損耗模量。e)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。f)壓力-應(yīng)變曲線。g)電導(dǎo)率。
通過凍融和定向冷凍相結(jié)合的方式，制成MXene導(dǎo)電水凝膠。通過掃描電鏡（SEM）觀察水凝膠的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)所制備的導(dǎo)電水凝膠具有有序的取向性，水凝膠結(jié)構(gòu)為有序的網(wǎng)絡(luò)。后續(xù)對MXene導(dǎo)電水凝膠的各向異性進(jìn)行研究，通過流變、拉伸、壓縮、電導(dǎo)率這四個方面進(jìn)行研究討論。他們發(fā)現(xiàn)沿水凝膠網(wǎng)絡(luò)方向的各項數(shù)據(jù)均優(yōu)于垂直于水凝膠網(wǎng)絡(luò)的，說明所制備的MXene導(dǎo)電水凝膠具有獨特的各向異性（圖2）。這項研究為設(shè)計可穿戴柔性傳感器提供了一種新的策略。
展開 西南交大魯雄ACS APPL MATER INTER：導(dǎo)電超強水凝膠基于生物高物分子模板調(diào)控原位形成
【引言】
導(dǎo)電水凝膠由于其具有高含水量、超強、可拉伸等特性，可廣泛應(yīng)用于人工肌肉、軟骨修復(fù)、電子皮膚、生物傳感器等領(lǐng)域。然而，由于導(dǎo)電高分子不溶于水，難以分散在水凝膠的聚合物網(wǎng)絡(luò)中；且生物相容性差。因此，制備具有良好機械性能、導(dǎo)電性和生物相容性、可以在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的導(dǎo)電水凝膠仍是一種挑戰(zhàn)。
【成果簡介】
針對以上問題西南交通大學(xué)魯雄教授課題組提出用生物高分子為模版控制導(dǎo)電高分子通路在水凝膠中原位形成的設(shè)計策略，采用生物相容性良好的殼聚糖與丙烯酰胺形成互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。以殼聚糖為模版誘導(dǎo)導(dǎo)電高分子單體在水凝膠中的吸附，并原位氧化聚合，從而使得導(dǎo)電高分子在殼聚糖分子的纏結(jié)區(qū)形成導(dǎo)電納米棒，成功制備出兼具導(dǎo)電、超強、可拉伸、生物相容性好的導(dǎo)電水凝膠。研究結(jié)果表明，這種通過殼聚糖分子模版控制導(dǎo)電聚合物聚吡咯在水凝膠中原位形成的導(dǎo)電通路，賦予該水凝膠良好的導(dǎo)電性能（0.3 S/m）。此外，由于氧化劑鐵離子可以與殼聚糖分子配位形成鏈纏結(jié)，從而形成物理交聯(lián)的第二網(wǎng)絡(luò)，賦予改水凝膠超強的機械性能（斷裂能12000 J/m2，壓縮模量 136 MPa），遠(yuǎn)超常見的導(dǎo)電水凝膠。該超強導(dǎo)電水凝膠可作為傳感器用于檢測人體生理信號和作為藥物控釋系統(tǒng)用于電刺激藥物可控釋放。
展開 天津大學(xué)張雷教授課題組CEJ:長效抗凍、保濕和自再生離子導(dǎo)電水凝膠
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導(dǎo)電水凝膠抗凍能力測試
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導(dǎo)電水凝膠保水性能表征（圖3）。結(jié)果表明，在25 ℃，54％相對濕度下放置一周后，水凝膠可維持100%的原始含水量。
圖3. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導(dǎo)電水凝膠保水性測試
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導(dǎo)電水凝膠再生性能表征（圖4）。該水凝膠在真空干燥箱中脫水干燥后，其可在25 ℃，54％相對濕度下再生至原始狀態(tài)（18小時）。
圖4. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導(dǎo)電水凝膠自再生能力
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導(dǎo)電水凝膠傳感測試（圖5）。該水凝膠可作為離子導(dǎo)體用于制備柔性傳感器，監(jiān)測人體運動信號。
圖5. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導(dǎo)電水凝膠用于人體運動檢測
相關(guān)成果以“Ionic conductive hydrogels with long-lasting antifreezing, water retention and self-regeneration abilities”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal。該論文第一作者為睢曉潔，通訊作者為張雷教授，其他作者有郭洪爽、蔡誠誠、李慶斯、文馳宇、張相宇、汪曉東和楊靜。
展開 南方醫(yī)科大學(xué)邱小忠教授團(tuán)隊：一種具有微觀均質(zhì)導(dǎo)電率的自修復(fù)離子水凝膠心肌補片用于修復(fù)心肌梗死
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(tuán)隊將FDA批準(zhǔn)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(tuán)隊將FDA批準(zhǔn)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。
制成的POG1水凝膠具有合適的可拉伸性（> 500％應(yīng)變）和壓縮性（> 85％應(yīng)變）以及自愈合性能。在大形變下仍能維持穩(wěn)定的電導(dǎo)率。此外，在POG1內(nèi)部形成的PAA納米通道賦予該水凝膠微觀超均質(zhì)的導(dǎo)電性。與摻雜有電子導(dǎo)體（PPy，CNT，rGO）的傳統(tǒng)導(dǎo)電水凝膠相比，POG1水凝膠誘導(dǎo)心肌細(xì)胞取向生長和伸長的能力更加顯著。
展開 
《JMCC》南洋理工大學(xué)俞璟：互穿 PAA-PEDOT 導(dǎo)電水凝膠柔性皮膚傳感器
摘要
導(dǎo)電水凝膠是人造皮膚和肌肉、柔性和可植入生物電子學(xué)以及組織工程的有前途的候選材料。
然而，在不影響其理化性質(zhì)的情況下配制具有高電導(dǎo)率的水凝膠仍然是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
最近
，
南洋理工大學(xué)
俞璟助理教授
報告了一種具有高導(dǎo)電性和良好拉伸性的互穿聚（丙烯酸）-聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）（PAA-PEDOT）水凝膠。第二個 PEDOT 水凝膠網(wǎng)絡(luò)被電化學(xué)聚合成現(xiàn)有的 PAA 水凝膠網(wǎng)絡(luò)。
互穿水凝膠可以很容易地制備并集成到表皮柔性電子設(shè)備中，用于實時、在體檢測人體汗液中的各種離子。互穿的 PAA-PEDOT 導(dǎo)電水凝膠有可能成為
用于個性化醫(yī)療的各種柔性電子設(shè)備的重要建筑材料。相關(guān)論文以題為發(fā)表在《
Journal of Materials Chemistry C
》上
主圖
圖
1 互穿PAA-PEDOT水凝膠的制備過程示意圖。
圖
2 互穿 PAA-PEDOT 水凝膠的制備過程。
ITO 玻璃上的 PAA 水凝膠 (a) 和 PAA-PEDOT 水凝膠 (b) 的圖像。(a) 和 (b) 的插圖分別是 PAA 和 PAA-PEDOT 水凝膠的接觸角圖像。(c) PAA-PEDOT 水凝膠截面的 SEM 圖像。(d) 不同電子沉積時間下PAA-PEDOT水凝膠的電流-電壓曲線。(e) PAA-PEDOT 水凝膠在不同掃描速率下的循環(huán)伏安法 (CV) 測量。
圖
3 皺巴巴的 PAA-PEDOT 水凝膠的制備過程。
(a) 皺巴巴的 PAA-PEDOT 水凝膠的制備過程示意圖。(b) 皺巴巴的 rGO/Pt 模板的 SEM 圖像。
展開 中山大學(xué)付俊教授團(tuán)隊JMCB封面綜述：組織粘附型水凝膠生物電子學(xué)
近日，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，聚合物復(fù)合材料與功能材料教育部重點實驗室付俊教授團(tuán)隊?wèi)?yīng)邀在Journal of Materials Chemistry B雜志發(fā)表封面綜述文章：Tissue adhesive hydrogel bioelectronics，總結(jié)了近年來組織粘附型水凝膠在生物電子學(xué)器件方面的研究進(jìn)展，重點闡述了粘附型水凝膠的制備、粘附機理，粘附型導(dǎo)電水凝膠的制備及其在可穿戴傳感器件、電子皮膚、可植入傳感器等領(lǐng)域的代表性應(yīng)用研究進(jìn)展。文章的第一作者是中山大學(xué)2020級博士生李勝男，通訊作者是付俊教授。
圖1 組織粘附型水凝膠生物電子學(xué)的應(yīng)用
文章首先介紹了組織粘附型水凝膠與生物組織之間的主要粘附機制。水凝膠含有豐富的官能團(tuán)，可通過共價鍵作用（席夫堿，邁克爾加成）、非共價鍵作用（氫鍵，陽離子-π鍵作用）、界面機械互鎖等方式與組織相粘結(jié)，形成與組織緊密貼合的界面。同時，文章介紹了導(dǎo)電水凝膠的代表類型，如：電子導(dǎo)電水凝膠，離子導(dǎo)電水凝膠等，闡述了它們的典型的制備方法，分析了基于導(dǎo)電水凝膠的柔性傳感器的代表性進(jìn)展。
圖2 幾種代表性的組織粘附型水凝膠的粘附機制
將組織粘附機制應(yīng)用于導(dǎo)電水凝膠傳感器，可以制備出具有組織粘附型的水凝膠生物電子器件，國內(nèi)外研究團(tuán)隊報道了多種可粘附在皮膚或其它組織器官表面的導(dǎo)電水凝膠傳感器，實現(xiàn)了對人體運動、汗液、脈搏、肌肉等多種信號的實時采集和傳輸。
展開 清華謝續(xù)明教授課題組 ACS Nano：由MXene納米片促進(jìn)構(gòu)筑的高強韌、超拉伸、高導(dǎo)電和智能型多重鍵網(wǎng)絡(luò)物理水凝膠
柔性、可拉伸的導(dǎo)電水凝膠是用作柔性智能可穿戴電子器件的良好材料。而目前大多數(shù)導(dǎo)電水凝膠力學(xué)性能較弱，無法承受實際應(yīng)用過程中大的應(yīng)力和應(yīng)變。通過構(gòu)建均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及在網(wǎng)絡(luò)中引入足夠的能量耗散機制，有助于制備出高強韌的水凝膠。特別是同時具有高強度、超拉伸、高導(dǎo)電以及優(yōu)異應(yīng)變傳感性能的水凝膠，在作為智能柔性電子器件的實際應(yīng)用中具有極大的吸引力。
近期，清華大學(xué)化學(xué)工程系的謝續(xù)明教授課題組基于多重鍵網(wǎng)絡(luò)（Multibond network, MBN）的原理（J. Colloid Interface Sci. 2012, 381, 107?115；Chin. J. Polym. Sci. 2017, 35, 1253?1267），設(shè)計并報道了一種由Ti3C2Tx MXene納米片促進(jìn)構(gòu)筑的高強韌、超拉伸、高導(dǎo)電和具有優(yōu)異應(yīng)變敏感性能的多重鍵合網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合物理水凝膠（圖1）。作者將新型的2D Ti3C2Tx MXene納米片作為多官能度的交聯(lián)點和應(yīng)力承載、分散中心，并且利用可控離子滲透的方式吸收Fe3+(ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019, 11, 42856?42864)，進(jìn)一步在聚丙烯酸poly(acrylic acid) （PAA）水凝膠中構(gòu)建了Fe3+誘導(dǎo)的配位作用，從而制備出具有雙重動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的MXene-PAA-Fe3+ MBN物理水凝膠。
展開 ：在陶瓷納米纖維增強離子導(dǎo)電水凝膠方面取得新進(jìn)展
離子導(dǎo)電水凝膠由聚合物網(wǎng)絡(luò)與電解質(zhì)鹽溶液組成，其具有高導(dǎo)電性、刺激響應(yīng)性、生物相容性等特點，在可穿戴設(shè)備、健康監(jiān)測、人機界面等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。目前，研究者們制備了多種具有高離子電導(dǎo)率的水凝膠材料，并探索了它們的應(yīng)用，但這些水凝膠通常缺乏有效的能量耗散網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致力學(xué)強度較低，難以滿足實際應(yīng)用的力學(xué)要求。因此，如何制備兼具高離子電導(dǎo)性與優(yōu)異力學(xué)性能的水凝膠材料是目前亟需解決的難題。
生物纖維組織（皮膚、肌肉、韌帶等）具有良好的力學(xué)性能與刺激響應(yīng)性，其力學(xué)性能可歸因于柔軟基質(zhì)中嵌入的韌性纖維（如膠原纖維）以及纖維與軟基質(zhì)之間的化學(xué)相互作用。受生物纖維組織結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領(lǐng)的納米纖維研究團(tuán)隊以柔韌二氧化硅納米纖維作為離子導(dǎo)電水凝膠的增強組分，同時引入乙烯基硅烷，通過水解縮合-自由基聚合方法在納米纖維與水凝膠網(wǎng)絡(luò)間原位化學(xué)交聯(lián)，獲得了兼具高拉伸模量與高離子電導(dǎo)率的水凝膠材料。該透明納米纖維增強水凝膠的拉伸強度為0.3MPa（斷裂應(yīng)變?yōu)?400%），拉伸彈性模量為0.11MPa（與人類皮膚模量相當(dāng)），1000次拉伸（100%應(yīng)變）循環(huán)無塑性變形。
圖1. a）納米纖維增強水凝膠的制備示意圖，b）納米纖維增強水凝膠的光學(xué)圖像，c）二氧化硅納米纖維和PAM鏈之間的物理/化學(xué)作用示意圖，d）水凝膠的XPS光譜，e）Si元素的高分辨XPS光譜，f、g）不同放大倍數(shù)下水凝膠的SEM圖，h）EDS圖譜。
展開 南開大學(xué)關(guān)英、張擁軍課題組：大分子交聯(lián)劑交聯(lián)的高強度、高回復(fù)性、抗凍、黏附水凝膠
導(dǎo)電水凝膠是一種典型的軟物質(zhì)，具有良好的生物相容性，可對外界機械力做出響應(yīng)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號。作為柔性可穿戴應(yīng)變傳感器，近年來科學(xué)家們設(shè)計了許多新型導(dǎo)電水凝膠。導(dǎo)電水凝膠用作可穿戴傳感器的首要要求是較好的機械強度。然而，傳統(tǒng)的合成水凝膠力學(xué)性能較差。為了改善其力學(xué)性能人們提出了許多策略，包括四臂聚乙二醇凝膠，納米復(fù)合凝膠，雙網(wǎng)絡(luò)凝膠，拓?fù)?em>凝膠，雙交聯(lián)凝膠等。一個可靠和穩(wěn)定的應(yīng)變傳感器還需要凝膠具有非常好的回彈性，保證持續(xù)的應(yīng)變能夠有效回復(fù)。傳統(tǒng)的水凝膠通常是非粘性的，用作可穿戴傳感器時需要借助膠帶、繃帶或粘合劑將其固定在人體皮膚上，操作復(fù)雜，且由于凝膠不能與皮膚形成密切接觸，微弱的信號很難被檢測到。此外，在0℃以下，傳統(tǒng)凝膠中的水會結(jié)冰，使得凝膠變硬發(fā)脆，喪失柔性。文獻(xiàn)中已有很多分別具有高強度、高回復(fù)性、抗凍或黏附性的水凝膠的報道，但設(shè)計合成同時具備高強度、高回復(fù)性、抗凍和黏附性的水凝膠仍具有挑戰(zhàn)性。
最近南開大學(xué)關(guān)英、張擁軍教授課題組報道了一種簡單的利用多功能大分子交聯(lián)劑(MC)使水凝膠同時具備高韌性、高回復(fù)性、抗凍和黏附性方法。這種基于聚羥乙基-谷氨酰胺的多功能大分子交聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1. 交聯(lián)劑MC以及水凝膠的合成制備
與傳統(tǒng)的短鏈交聯(lián)劑BIS不同，MC是一種長鏈交聯(lián)劑。使用這種長鏈交聯(lián)劑可以增大水凝膠的網(wǎng)孔尺寸，降低凝膠網(wǎng)絡(luò)的不均一性，從而改善其力學(xué)性能。研究表明MC交聯(lián)的水凝膠具有優(yōu)異的力學(xué)性能和回彈性。最高斷裂強度達(dá)0.664MPa，最終回彈性達(dá)~ 87.2%。
圖2.
展開 《Research》東華大學(xué)張超/劉天西: 致密氫鍵網(wǎng)絡(luò)增強極高韌性、快速自恢復(fù)和自粘附的離子導(dǎo)電水凝膠，用于人體運動檢測
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(tuán)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)，所得的 PAM-r-MVIC 表現(xiàn)出固有的
高拉伸性
(>1000%)
和
壓縮性 (90%)
，快速
自恢復(fù)和高韌性 (2950 kJ m
-3
)
，并具有出色的抗疲勞性，100 次循環(huán)無偏差。
耗散粒子動力學(xué)模擬
表明，氫鍵沿拉伸方向的取向提高了機械強度和韌性，這進(jìn)一步通過均方位移計算形成的致密氫鍵網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致的分子鏈運動限制得到進(jìn)一步證明。結(jié)合在寬溫度范圍內(nèi)的高離子電導(dǎo)率和在各種表面上具有定制粘合強度的自主粘合性，
PAM-r-MVIC 可以很容易地用作具有自粘合性的電容/電阻雙峰傳感器的高度可拉伸和可修復(fù)的離子導(dǎo)體，高靈敏度、出色的線性度和出色的耐用性。這項研究可能為設(shè)計和制造具有高機械彈性、高韌性和優(yōu)異疲勞恢復(fù)能力的離子導(dǎo)電水凝膠提供一條新途徑，用于檢測復(fù)雜人體運動的皮膚離子傳感器。
展開 Nature子刊：伸長率1200%，中國科大制備出仿蜘蛛絲高性能纖維！
彈性可拉伸導(dǎo)電纖維是制備可拉伸電子器件的關(guān)鍵材料。導(dǎo)電水凝膠具有一定的彈性和可拉伸性，但導(dǎo)電水凝膠中的高分子鏈通常處于無序排列的狀態(tài)，這種無序結(jié)構(gòu)限制了導(dǎo)電水凝膠材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能。通過調(diào)控導(dǎo)電水凝膠中高分子鏈的排列和取向，從而制備出具有有序結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電水凝膠纖維，是制備彈性可拉伸導(dǎo)電纖維的一種新策略，并具有重要的應(yīng)用價值。
蜘蛛絲具有多層次的有序結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。受蜘蛛絲的有序結(jié)構(gòu)和紡絲方法的啟發(fā)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬明明課題組通過凝膠紡絲的方法，實現(xiàn)了調(diào)控導(dǎo)電水凝膠中高分子鏈的排列和取向、制備出高性能導(dǎo)電水凝膠纖維的目標(biāo)：在室溫下由聚丙烯酸鈉（PAAS）溶液直接紡絲得到水凝膠纖維，通過涂覆聚丙烯酸甲酯（PMA）防水層，形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的PMA-PAAS水凝膠纖維（MAPAH纖維）。
中國科大成功制備仿蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的高性能導(dǎo)電水凝膠纖維
在MAPAH纖維中，PAAS結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)共存并且可以快速可逆互變，使MAPAH纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能、導(dǎo)電性能以及抗凍性能。MAPAH纖維具有高拉伸強度（5.6 MPa）和大斷裂伸長率（1200％），并且可以在大幅度拉伸后快速回復(fù)。PAAS水凝膠作為導(dǎo)電芯（電導(dǎo)率為2 S m-1），PMA層作為防水和絕緣涂層，使MAPAH纖維可以作為具有高可拉伸性的彈性導(dǎo)線。MAPAH纖維在-35℃也能保持其可拉伸性和導(dǎo)電性，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗凍性能。作為一種高性能和低成本的彈性可拉伸導(dǎo)電水凝膠纖維，MAPAH纖維將可用于開發(fā)基于紡織材料的可拉伸電子器件。
展開 
水凝膠近期突破性成果梳理
1、水凝膠表面快速實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)按需生長
北海道大學(xué)龔劍萍教授和Tasuku Nakajima教授（共同通訊作者）等人基于雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的力觸發(fā)聚合機制提出了一種機械力壓印的（force stamp）方法，可在水凝膠表面快速實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)按需生長。研究首先發(fā)現(xiàn)，在玻璃模板上制備DN水凝膠時，由于陰離子型的第一網(wǎng)絡(luò)與帶負(fù)電的玻璃板之間存在電荷排斥，因此陰離子第一網(wǎng)絡(luò)常常被幾微米厚的中性第二網(wǎng)絡(luò)層覆蓋，從而使水凝膠表面不具備雙網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。為了防止雙電層的形成，研究者在第二網(wǎng)絡(luò)的合成時使用疏水模板并施加適當(dāng)壓力，由此可在水凝膠表面構(gòu)筑雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。借助該方法，研究可在幾秒內(nèi)根據(jù)功能需求對水凝膠表面的物理形態(tài)及化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行快速、有效的可控調(diào)節(jié)。不僅如此，研究還驗證了經(jīng)過此方法工程化的水凝膠表面可用于細(xì)胞取向生長和水滴的定向運輸。研究認(rèn)為這種力觸發(fā)化學(xué)改造水凝膠表面的策略，可為水凝膠在各個領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展提供新的思路。該研究論文第一作者為穆齊鋒 (Qifeng Mu)，文章以題為“Force-triggered rapid microstructure growth on hydrogel surface for on-demand functions”發(fā)布在國際著名期刊Nature Communications上。
2、高強度抗撕裂導(dǎo)電水凝膠
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料團(tuán)隊致力于功能與智能高分子水凝膠的研究。近日，該團(tuán)隊研究員陳濤等與寧波大學(xué)副教授王文欽合作，基于Hofmeister效應(yīng)，利用溶劑置換的方法制備了高強度抗撕裂導(dǎo)電水凝膠（BRCH）和以此構(gòu)建的新型摩擦納米發(fā)電機（BRCH-TENG），有效增強了水凝膠的抗外力破壞能力，從根本上延長了H-TENG的安全使用壽命。
展開 《ACS Materials Lett.》哈工程張馨月/馬寧：超韌/穩(wěn)定/抗溶脹/生物啟發(fā)導(dǎo)電水凝膠，用于關(guān)節(jié)軟骨置換
PVA-PANa凝膠的溶脹行為隨時間（b）和UV-vis光譜（c）而變化（插入圖為PVA-PANa凝膠的照片）。（d）染色的PVA-PANa凝膠成型不同形狀的數(shù)碼照片（比例尺：1厘米）。
圖
2. PVA-PANa凝膠的
基礎(chǔ)
特征。
圖
3. PVA-PANa凝膠的機械性能。
圖
4. PVA-PANa凝膠的抗溶脹性能。
圖
5.導(dǎo)電性能和應(yīng)變感應(yīng)性能。
【總結(jié)】
基于生物相容性
PVA和PANa之間的強相互作用，
團(tuán)隊
提出了一種簡便而經(jīng)濟(jì)的策略來構(gòu)建新型的關(guān)節(jié)軟骨替代材料。
合成的PVA-PANa水凝膠具有韌性，易于成型，抗溶脹和導(dǎo)電性的優(yōu)點，可以充分滿足模擬關(guān)節(jié)軟骨的實際需求。顯著地，
由于壓縮成型工藝，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將比以前通過外力變得更加均勻和致密，從而使水凝膠具有更強的機械強度和更好的抗溶脹性能。
PVA和PANa之間的原始致密氫鍵以及PVA的原位形成的結(jié)晶微相共同使水凝膠的斷裂應(yīng)力超過7 MPa，幾乎達(dá)到了報道的基于PVA的水凝膠的最高強度。同時，
PVA-PANa凝膠在
不同的溶液（包括
H
2
O，PBS緩沖溶液和生理鹽水）中可以穩(wěn)定20天以上
，而沒有明顯的溶脹和損壞。PVA-PANa凝膠的這些出色能力接近天然軟骨的基本特性，
使其成為下一代可植入軟骨替代材料的最佳選擇。
摻雜的PANa除了具有良好的彈性外，還賦予PVA-PANa凝膠以離子導(dǎo)電性，并且可以表現(xiàn)出靈敏的響應(yīng)和外部應(yīng)變變化的可再現(xiàn)性，這將是智能仿生傳感元件的有希望的候選者。
展開 ：用于心臟組織工程的多肽基導(dǎo)電抗菌凝膠材料
其中，水凝膠為超分子材料的重要部分。而基于短肽的水凝膠由于其優(yōu)異的生物相容性、高保水量與高凝膠化傾向，具有廣闊的應(yīng)用前景。但較差的機械穩(wěn)定性阻礙了其發(fā)展。為此，引入超分子3D基質(zhì)，通過納米工程等手段能夠有效地解決機械性能不足的問題。同時，引入特定的超分子纖維能夠賦予凝膠導(dǎo)電性能，提供獨特的生物學(xué)功能。
本文中，作者開發(fā)了一種基于短肽RGD與聚苯胺（PAni）的超分子纖維復(fù)合水凝膠。該材料具有優(yōu)異的機械穩(wěn)定性，能夠支持纖維細(xì)胞于表面的黏附與生長，同時也具有抗菌性與導(dǎo)電性能。
作者首先合成了肽段Fmoc-K(Fmoc)-RGD。該肽段能夠在低濃度下（0.5% w/v）下形成透明的凝膠。透射電子顯微鏡（TEM）表征表明，其由纏結(jié)的納米纖維組成，證明了其為超分子凝膠（圖1b）。流變結(jié)果表明，凝膠在一小時內(nèi)形成，儲能模量高達(dá)5 kPa（圖1c-d）。同時，上述凝膠具有一定的自愈特征，能夠在大應(yīng)變下轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，并在應(yīng)變于線性粘彈區(qū)時發(fā)生重組（圖1f-g）。傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和熒光光譜表明凝膠內(nèi)部存在的β-折疊特征與Fmoc基團(tuán)的π–π堆積（圖1h-j）。
圖1. 本文的水凝膠設(shè)計
此外，分子動力學(xué)（MD）模擬也證實了凝膠的自組裝過程。其中，F(xiàn)moc基團(tuán)之間的π–π堆積在聚集體內(nèi)部形成疏水核心，對于水凝膠骨架的形成起到重要作用。同時，RGD鏈段間的接觸在前期迅速增加，其相互作用對于凝膠的形成也有較大意義。而纖維形成后，RGD鏈段保留在纖維表面，使其仍然具有優(yōu)異的細(xì)胞黏附能力。
展開 《Macromolecules》華南理工大學(xué)王濤/孫尉翔/童真:pH響應(yīng)/形狀記憶/自增強/快修復(fù)/兩性/聚電解質(zhì)水凝膠
【科研摘要】
堅韌的
兩性電解質(zhì)水凝膠
由于其良好的機械強度，形狀記憶和自愈特性而備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的堅韌的兩性電解質(zhì)水凝膠僅具有鹽響應(yīng)性，并且自修復(fù)通常需要很長時間或需要額外的處理。此外，在制備過程后使用期間，水凝膠的自增強對于水凝膠是必不可少的。最近，
華南理工大學(xué)
王濤副研究員
/
孫尉翔副研究員
/
童真教授
團(tuán)隊將
弱陽離子單體引入到聚兩性電解質(zhì)水凝膠體系中，并與強陽離子單體和強陰離子單體共聚
，使總陽離子單體與陰離子單體之間的摩爾比相等。
水凝膠可以將暫時的形狀固定在HCl溶液中，并在NaOH溶液中恢復(fù)到原始形狀。
有趣的是，通過交替浸入HCl和NaOH溶液中，水凝膠顯示出自增強的能力
，并且拉伸強度連續(xù)提高至所制備的拉伸強度的十倍，這提出了一種增強聚兩性電解質(zhì)水凝膠的新策略。此外，
水凝膠僅需接觸即可在5分鐘內(nèi)顯示出快速的自愈能力
，而無需任何額外的處理。因此，設(shè)計了可愈合的模擬血管和導(dǎo)電水凝膠裝置。具有形狀記憶，自我增強，自我修復(fù)和導(dǎo)電性的本發(fā)明的兩性電解質(zhì)水凝膠為在可穿戴電子設(shè)備，柔性設(shè)備和軟機器人領(lǐng)域中開發(fā)新材料提供了一種新穎的策略。相關(guān)論文以題為
Unique Self-Reinforcing and Rapid Self-Healing Polyampholyte Hydrogels with a pH-Induced Shape Memory Effect
發(fā)表在《
Macromolecules
》上。
【科研摘要】
圖1.制備兩性電解質(zhì)水凝膠的合成方法（a）和反應(yīng)式（b）。
展開 