星狀聚乙二醇（PEG）水凝膠 材料
近期，香港中文大學(xué)化學(xué)系魏濤教授 劉威博士 提出了一種基于微米級(jí)磁性探針的水凝膠近界面流變性質(zhì)表征方法，以更小的尺度、更快的速度以及更準(zhǔn)的精度以觀測(cè)PEG凝膠化早期局部形成的簇群結(jié)構(gòu)對(duì)水凝膠粘彈性質(zhì)的影響 ，并繪制了膠體在交疊濃度（c *）附近的二維各向異性動(dòng)態(tài)分布圖。新方法的使用不僅是對(duì)現(xiàn)有水凝膠材料流變學(xué)表征手段的有益補(bǔ)充，更能夠深入揭示軟物質(zhì)材料拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與機(jī)械性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。相關(guān)工作以“Probing Sol?Gel Matrices and Dynamics of Star PEG Hydrogels Near Overlap Concentration”為題發(fā)表在Macromolecules 劉威博士 為該論文的第一作者，魏濤教授 及吳奇院士 為本文共同通訊作者。
圖1：新型微觀流變學(xué)表征方法的工作流程。 a）課題組將自主搭建的多級(jí)磁鑷與全內(nèi)反射顯微鏡相結(jié)合，利用8組電磁針對(duì)微米級(jí)超順磁小球?qū)嵤┤S操縱，并利用小球的消逝場(chǎng)散射光強(qiáng)進(jìn)行納米級(jí)實(shí)時(shí)觀測(cè)。 b）探針小球在四臂型PEG水凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的微擾動(dòng)示意圖，紅藍(lán)色分別表示不同交聯(lián)度的局部結(jié)構(gòu)區(qū)域。 c）對(duì)小球軌跡及作用力的動(dòng)態(tài)追蹤，并通過(guò)相差分析方法獲取小球的位移信息及其所處微環(huán)境的粘彈性質(zhì)。
圖2：PEG水凝膠在早期凝膠化過(guò)程中的流變學(xué)表征。a）局部簇群在小于c*及接近c(diǎn)*時(shí)的鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖。b）凝膠點(diǎn)附近交聯(lián)度（ε）與約化時(shí)間（τ）在不同濃度下的關(guān)聯(lián)性。c）彈性模量（G’）與損耗模量（G”）在c*前后的差異化重疊行為，揭示了水凝膠粘彈性質(zhì)對(duì)濃度和局部簇群結(jié)構(gòu)的極強(qiáng)依賴性。d）凝膠點(diǎn)tg及Gg（定義為G’和G”在交叉時(shí)的時(shí)間點(diǎn)及模量）對(duì)濃度的指數(shù)依賴性，其中Gg在c*之后表現(xiàn)出更強(qiáng)的指數(shù)增長(zhǎng)行為。 圖3：快速凝膠化過(guò)程中凝膠點(diǎn)的精準(zhǔn)定位及c*附近局部膠體結(jié)構(gòu)的各向異性行為。a）G’和G”在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中得到的頻譜圖。其中，圖上方小數(shù)字標(biāo)記了每次測(cè)量的起始點(diǎn)；在雙指數(shù)坐標(biāo)系下，G”對(duì)頻率的線性擬合值只能界定臨界指數(shù)（Δ，G’~G”~ωΔ）的范圍在0.70-0.78之間；右側(cè)是利用Hill方程得到的G’和G”在不同頻率下任意時(shí)間的模擬值。b）根據(jù)G’和G”模擬值繪制的更為準(zhǔn)確的連續(xù)頻譜分布，可給出臨界指數(shù)的確切值為0.75。c）c*附近局部膠體結(jié)構(gòu)的各向異性行為。其中，白色箭頭標(biāo)記了G’或G”因局部結(jié)構(gòu)不均一導(dǎo)致的波動(dòng)行為；另外相較于c*前后，可見(jiàn)G’和G”在接近c(diǎn)*時(shí)表現(xiàn)出更為平滑的二維分布，揭示了星型PEG水凝膠在交疊濃度下更有可能形成均一化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.9b01489
課題組鏈接：
http://www.cuhk.edu.hk/research/NgaiToGroup/index.html
