近期，在Adv Mater，Adv Funct Mater，ACS Appl. Mater. Interfaces上報道了多篇水凝膠相關的工作，有些工作非常有意思，限于篇幅和小編知識面，這里只能選取部分高強度水凝膠方面的工作和大家分享。

    1.應變響應的高度可拉伸水凝膠光纖

    哈佛醫學院的Seok-Hyun Yun課題組最近報道了一種高拉伸的、應變響應的水凝膠光纖，這種水凝膠光纖是由海藻酸/聚丙烯酰胺雜化凝膠為主要成份形成的核殼結構水凝膠纖維，該纖維的網絡結構和制備方法如圖所示。所制備的水凝膠纖維具有良好的強度、形變能力和彈性，將這種核殼水凝膠纖維與普通的硅光纖結合，利用光在核和殼的折光指數的不同，就可以把它用于光傳導，研究發現傳播損耗只有0.45 dB/cm。另外，當水凝膠纖維經過染料染色，拉伸的時候光的衰減就會隨著拉伸程度的增加而增加。因此，這種水凝膠纖維還可以作為應變傳感器。

    參考文獻：Guo J J, Liu X Y, Jiang N, Yetisen A K, Yuk H, Yang C X, Khademhosseini A, Zhao X H, Yun S H*, Highly Stretchable, Strain Sensing Hydrogel Optical Fibers, Adv Mater, 2016, DOI:10.1002/adma.201603160.

    2.基于超分子水凝膠的仿軟骨雙網絡水凝膠

    南京大學物理學院的曹毅、蔣青和王煒教授合作報道了一種新型結構的雜化雙網絡水凝膠（PS-DN凝膠），這種水凝膠以短肽形成的超分子凝膠為第一重網絡、以化學交聯聚丙烯酰胺（PAAm）為第二重網絡。短肽通過自組裝形成纖維狀的結構，進一步形成超分子凝膠，這種結構與軟骨中膠原的結構非常類似。PS-DN凝膠表現出良好的強度（0.32-0.57 MPa）、形變能力（66-90%）和韌性（300-2670 J/m2），并且具有快速的恢復能力和耐疲勞性能。這種雜化DN凝膠的增強增韌的機理主要來源于超分子結構的破壞和快速的重構過程。

    參考文獻：Sun W X, Xue B, Li Y, Qin M, Wu J Y, Lu K, Wu J H, Cao Y*, Jiang Q* and Wang Wei*, Polymer-Supramolecular Polymer Double-Network Hydrogel, Adv Funct Mater, 2016, DOI: 10.1002/adfm.201603512.

    3.用于自驅動能源及人體運動傳感的環境友好型柔性水凝膠基器件

    伴隨著傳統石化能源的日益枯竭，新能源與可再生能源的開發與利用得到廣泛重視。摩擦納米發電機作為新型的能源收集方式以其獨特的優勢正獲得越來越多的關注。通過材料間的摩擦起電和靜電感應效應，摩擦納米發電機能夠將環境中的機械能轉化為電能。相較于其它能量轉化技術，摩擦納米發電機具備結構簡單、成本低廉、制備材料多樣性以及目標能源廣泛等優點。然而，隨著未來摩擦納米發電機在電子領域的進一步普及，由此產生的電子廢棄物將不可避免地導致環境問題。因此，發展環境友好的摩擦納米發電機顯得尤為重要。

    近期，香港理工大學郝建華教授研究組提出的新型水凝膠基摩擦納米發電機有望解決以上問題。該研究以物理交聯的聚乙烯醇水凝膠作為基材，結合該材料優異的柔韌性、彈性、可降解性、生物相容性以及安全無毒等性能，使得所制得的水凝膠基摩擦納米發電機能同時具備柔性和環境友好性，因而在柔性電子和綠色電子等領域具有巨大的應用潛力。該研究制備出的水凝膠基摩擦納米發電機能產生200V的開路電壓以及22.5μA 的短路電流。當負載電阻為10MΩ時，標準器件的最大輸出功率可達到2mW。相應的管狀器件具有優異的柔韌性，可應用于收集多種人體運動機械能，如彎曲，扭轉和伸縮運動機械能的收集。同時，通過分析輸出電壓信號的峰強度和峰間距，所制備的管狀器件還可作為自驅動傳感器應用于人體運動監測。此外，該研究中使用的聚乙烯醇水凝膠具有可逆交聯結構，因而使該摩擦納米發電機顯示出優異的可循環功能。循環后的水凝膠基摩擦納米發電機的開路電壓可達到初始開路電壓的92%，從而既延長了該摩擦納米發電機的使用周期也相應的減少了廢棄物的產生，進一步提升了該器件的環境友好性能。本研究從環保角度出發，探索了發展柔性能量源及自驅動運動傳感器的可行性，對未來摩擦納米發電機在相關領域的規模化應用起到了積極的推動作用。

    參考文獻：Wei Xu, Longbiao Huang, Manchung Wong, Li Chen, Gongxun Bai, Jianhua Hao*, Environmentally Friendly Hydrogel‐Based Triboelectric Nanogenerators for Versatile Energy Harvesting and Self‐Powered Sensors,Advanced Energy Materials,2016, DOI: 10.1002/aenm.201601529

    4. 具有三維復雜形變的多響應各向異性水凝膠

    中國科學院寧波材料技術與工程研究所陳濤研究員和張佳瑋副研究員報道了一種可以發生復雜三維形變的多響應各向異性水凝膠。他們首先制備了聚（N-異丙基丙烯酰胺）/氧化石墨烯（PNIPAM/GO）水凝膠，然后用254 nm的紫外光還原凝膠中的GO，在這個還原過程中，凝膠表明覆蓋一層具有斜條圖案的遮板。經過光還原，GO被部分還原成石墨烯，并形成圖案化的水凝膠片。這種圖案化的水凝膠片可以在近紅外（NIR）和加熱的情況下發生從二維到三維形狀的變化。如果，經過進一步聚合，引入聚甲基丙烯酸網絡在上述的圖案化水凝膠片中，得到的凝膠可以在多重刺激響應下（NIR、溫度、pH、離子強度）發生三維到三維的形狀變化。另外，通過設計，這種多重刺激響應的各向異性水凝膠還能做成器件。

    參考文獻：Ma C X, Le X X, Tang X L, He J, Xiao P, Zheng J, Xiao H, Lu W, Zhang J W*, Huang Y J, Chen T*,A Multiresponsive Anisotropic Hydrogel with Macroscopic 3D Complex Deformations,Adv Funct Mater, 2016, DOI: 10.1002/adfm.201603448.

    5.集導電、自黏附和自修復的仿生可植入生物電子水凝膠

    西南交通大學材料學院的魯雄課題組報道了一種仿貽貝的導電、自黏附和自修復的韌性水凝膠，并將其用于傳感器模擬和可植入生物電子。這種水凝膠以聚多巴胺（PDA）部分還原并包覆的氧化石墨烯（pGO/PDA）為增強和導電組分，通過組成優化pGO/PDA/PAM水凝膠具有良好的形變和韌性、導電性、自黏附、自修復性能和生物相容性。這種導電的自黏附的水凝膠可以檢測脈搏的跳動，并且具有很好的穩定性。另外，它還可以作為生物電子器件植入體內研究活體組織行為。

    參考文獻：Han Lu, Xiong Lu*, et. al., A Mussel-Inspired Conductive, Self-Adhesie, and Self-healable Tough Hydrogel as Cell Stimulators and Implantable Bioelectronics, Small, 2016, DOI: 10.1002/smll.201601916.

    6.超韌聚電解質復合物凝膠實現3D打印

    浙江大學高分子科學與工程系吳子良教授及其合作者近期利用聚合物離子凝膠（即聚電解質復合物形成的凝膠，簡稱PIC 凝膠）實現了高韌性凝膠的3D打印。他們的方法主要利用了PIC凝膠在鹽水和純水中區別非常大的物理特性。PIC凝膠在高濃度鹽水中形成高黏度的溶液，可以通過噴嘴擠出在水中，而在純水中經過溶膠-凝膠轉變形成高韌性的凝膠。陰離子/陽離子聚合物的電荷比和聚合物在鹽水中的濃度影響著PIC凝膠的可打印性，只有在合適的條件下才能實現3D打印。他們開發的方法能打印多種復雜形狀的凝膠，并且打印出來的凝膠具有高強度、高韌性性質，這種擠出的3D打印凝膠的方法可能會拓展和加強高強韌水凝膠的應用。

    參考文獻：Fengbo Zhu, Libo Cheng, Jun Yin,Ziliang Wu*, Jin Qian*, Jianzhong Fu, and Qiang Zheng.3D printing of ultra-tough polyion complex hydrogels.DOI：10.1021/acsami.6b09881，October 25, 2016

    7.牛奶蛋白制備缺口不敏感的高拉伸水凝膠

    最近，來自韓國首爾國立大學的Ki Tae Nam 和 Jeone-Yun Sun利用牛奶中的酪蛋白成功制備了高拉伸并且缺口不敏感的水凝膠。酪蛋白是一種含磷鈣的結合蛋白，對酸敏感，pH較低時會沉淀。酪蛋白是哺乳動物包括母牛，羊和人奶中的主要蛋白質，又稱干酪素、酪朊、乳酪素，在水溶液中會形成酪蛋白膠束。作者利用酪蛋白膠束的凝聚作用制備了酪蛋白/聚丙烯酰胺雜化水凝膠，研究發現該凝膠具有高拉伸性，可以拉伸到起始長度的35倍，并且具有缺口不敏感性，凝膠的撕裂能達到3500 J/m2，作者認為能量耗散的機制是酪蛋白膠束間的摩擦以及酪蛋白膠束的塑性形變。

    參考文獻：Jinwoo Ma, Jaehun Lee, Sang Sub Han, Kyu Hwan Oh, Ki Tae Nam*, and Jeong-Yun Sun* .Highly Stretchable and Notch-Insensitive Hydrogel Based on Polyacrylamide and Milk Protein.DOI: 10.1021/acsami.6b10912，October 17, 2016

    8.高強度可形狀記憶的聚乙烯醇/單寧酸水凝膠

    北京師范大學化學學院的汪輝亮教授課題組報道了一種新型的可形狀記憶的高強度水凝膠，這種水凝膠以聚乙烯醇（PVA）和單寧酸（TA）為主要成分，形成了純氫鍵交聯的網絡結構。單寧酸，有稱鞣酸，是一種聚多酚化合物，含有大量酚羥基，在水果、葡萄酒等有它的身影。PVA/TA凝膠可以通過加熱混合接著冷卻就可以簡單便捷的制備，并且表現出強的機械性能（拉伸強度2.8 MPa、拉伸形變1100%）。PVA/TA凝膠中同時存在強的和弱的氫鍵相互作用，它還具有優異的熱響應形狀記憶性能，濕的或干態的凝膠都可以在60℃條件下幾分鐘處理而恢復原始形狀。

    參考文獻：Ya-Nan Chen, Lufang Peng, Tianqi Liu, Yaxin Wang, Shengjie Shi, and Huiliang Wang*.Poly（vinyl alcohol）–Tannic Acid Hydrogels with Excellent Mechanical Properties and Shape Memory Behaviors.DOI: 10.1021/acsami.6b08374，September 20, 2016

    9.電場驅動的電活性韌性水凝膠

    中國科學院寧波材料所付俊研究員課題組報道了電活性的高強度水凝膠，這種水凝膠以三嵌段共聚物膠束（F127DA）為交聯劑，成功制備了分別含有陽離子和陰子的高強度水凝膠，這兩種水凝膠都具有高機械性能（如陰離子凝膠表現出59 MPa的壓縮強度），并且這些帶電荷的高強度水凝膠可以在電場條件下發生驅動。電場強度、電解質濃度和離子單體含量都影響著這類凝膠的驅動行為。這種電活性高強度凝膠可以在120s的時候發生87°的偏轉，并且這種彎曲是可重復、多次可逆的（彎曲角變化不大）。該研究表明強韌的多響應性水凝膠可以在傳感器、驅動器、開關和人工肌肉等領域有潛在的應用前景。

    參考文獻：Yufen Li, Yuanna Sun, Ying Xiao, Guorong Gao, Shuhui Liu, Jianfeng Zhang, and Jun Fu*.Electric Field Actuation of Tough Electroactive Hydrogels Cross-Linked by Functional Triblock Copolymer Micelles.DOI: 10.1021/acsami.6b08841, September 12, 2016

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責任編輯：王元

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