水凝膠

水凝膠基的器件在柔性電子、生物傳感、軟體機器人以及智能人機界面等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，高拉伸性、低滯后和抗疲勞是必不可少的，雖然這些性能其實都是能量耗散的結(jié)果（不同條件下），但很難在同一個水凝膠中同時滿足。 不同于合成的水凝膠，許多生物組織（如肌肉和軟骨），顯示出特殊的機械性能，并能在其生命周期中存活數(shù)百萬個機械周期。在許多這樣的組織中，大自然已經(jīng)進化出一類特殊的彈性蛋白，它們由折疊蛋白結(jié)構(gòu)域的串聯(lián)重復(fù)組成，作為松散排列的蛋白纖維的交聯(lián)劑。這些彈性體蛋白可以展開以分散機械負荷，并迅…

光熱療法（Photothermal therapy, PTT）是一種新興的疾病治療手段，具有高選擇性、低侵入性以及無系統(tǒng)性副作用等優(yōu)點。特別是在癌癥治療領(lǐng)域，大量的研究表明這一療法表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗腫瘤性能。然而，在光熱治療過程中難以實現(xiàn)對病灶溫度的精準(zhǔn)檢測，往往會造成治療效力無法控制的局面——要么升溫不足而無法殺死腫瘤細胞，要么升溫過高而對周邊正常組織造成熱損傷。因此，如何實現(xiàn)無熱損傷副作用的光熱治療是PTT進一步發(fā)展所需要解決的關(guān)鍵問題之一。 近期，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的常江團隊設(shè)計了一…

還以為水凝膠驅(qū)動器仍停留在水中低速驅(qū)動嗎？No！《Nature Communication》最新發(fā)文，在空氣中工作的光敏水凝膠驅(qū)動器，運動速度可達到1.6 m/s，超過正常人步速（1.5m/s），響應(yīng)速度快 (800 ms)并可選擇方向進行彈射(15 cm)。 蘇州大學(xué)董彬教授團隊采用“懸浮聚合法”制備了一種殼狀結(jié)構(gòu)的水凝膠驅(qū)動器，驅(qū)動器由表面殼及內(nèi)芯構(gòu)成。聚丁二烯橡膠(PBR)構(gòu)成的外殼可以有效防止水凝膠的水分散失到空氣中，內(nèi)芯為半徑為1 mm納米四氧化三鐵-丙烯酸鈉（PAANa-IONP）復(fù)…

生物質(zhì)材料由于其環(huán)保、安全、可再生以及相對廉價等優(yōu)點，在近年來受到越來越多不同領(lǐng)域研究人員的青睞。多種多樣的生物質(zhì)材料，例如多糖類的纖維素、淀粉，蛋白質(zhì)或多肽類的膠原、明膠、蠶絲等材料都在諸如生物材料、仿生材料、能源材料、軟機器人與驅(qū)動器材料中得到了開發(fā)和應(yīng)用。本次我們將為大家介紹近年來生物質(zhì)材料在各個領(lǐng)域的代表性研究進展和應(yīng)用。 明膠，相信大家都不陌生，它時常被作為食品和添加劑出現(xiàn)在我們的餐桌上，屬于蛋白質(zhì)。通常來說，明膠由動物膠原（如豬皮）部分水解而制成，加熱至35℃及更高時會逐漸軟化或溶解…

MXene（Ti3C2Tx）是一種具有金屬導(dǎo)電性和膠體加工性獨特結(jié)合的新型二維材料，在儲能、電磁干擾屏蔽、催化等儲能等領(lǐng)域具有重要研究價值，是目前最熱門的幾種二維材料之一。部分研究表明，Ti3C2Tx引入水凝膠，可以提高凝膠的導(dǎo)電性/導(dǎo)熱性。但缺乏易于調(diào)節(jié)的表面化學(xué)性，Ti3C2Tx很難組裝成純水凝膠。為解決這一難點，通常會加入高分子凝膠劑（氧化石墨烯和聚合物）或鹽（多價陽離子），采用水熱法或干法復(fù)水法制備Ti3C2Tx復(fù)合水凝膠。然而，由于引入外來組分，復(fù)合水凝膠的導(dǎo)電性通常受到限制，難以精細…

人體軟骨主要由大量膠原蛋白纖維和蛋白聚糖組成，在關(guān)節(jié)腔內(nèi)滑液的配合下，它們可承受極大的承載力（3-18 MPa），且能在不同滑動速度下實現(xiàn)低摩擦（0.001–0.030）。受到天然軟骨的啟發(fā)，科學(xué)家們用水凝膠來部分模擬這種天然的水基潤滑系統(tǒng)。水凝膠通常是親水性聚合物網(wǎng)絡(luò)，具有柔軟的彈性和較低的摩擦，以及可調(diào)控的生物相容性。這使它們成為某些醫(yī)療領(lǐng)域如置換關(guān)節(jié)軟骨的潛在候選材料。迄今為止，科學(xué)家們已經(jīng)投入了很多精力來開發(fā)具有出色潤滑性能的水凝膠材料。但是，想實現(xiàn)極低的摩擦就要求水凝膠具有很大的水合度…

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和對人機界面需求的不斷提高，柔性離子導(dǎo)體以其高彈性、透明性、機械性能可調(diào)、導(dǎo)電相一致等特點受到了廣泛的關(guān)注。水凝膠由聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和超過90％的水組成，與電解質(zhì)鹽混合后可以用作理想的離子導(dǎo)體。然而通過簡單的方法制備高機械性能和高導(dǎo)電性兼得、耐凍性好的離子導(dǎo)電水凝膠仍是一個挑戰(zhàn)。 亮點 近期，加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)Feng Jiang團隊通過聚乙烯醇（PVA）和纖維素納米纖維（CNFs）在二甲基亞砜-水溶劑體系中的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變制備了一種新型的高彈性（高達660%）、高強度（高…

水凝膠像人體組織一樣具有軟濕的特性，是模仿生物功能的極佳候選者。近期，北海道大學(xué)龔劍萍（Jian Ping Gong）教授課題組發(fā)現(xiàn)水凝膠材料可像“人腦”一樣對信息進行編碼、提取和自發(fā)地遺忘。   通過學(xué)習(xí)，人腦能夠記住信息，且記住的信息隨時間的推移會被人腦自發(fā)地遺忘。遺忘可以過濾掉不重要的信息和噪音，從而維持大腦的高效運行。遺忘是一個動態(tài)的過程；遺忘時間一般跟學(xué)習(xí)的時間與學(xué)習(xí)的狀態(tài)有關(guān)。用人造材料再現(xiàn)動態(tài)可控的記憶-遺忘過程具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)。龔教授團隊近日報道了水凝膠材料能夠模仿人腦的…

如何快速地3D打印具有細胞尺寸孔徑的生物支架？現(xiàn)有的生物墨水打印成型后大多會形成納米尺寸孔徑，遠小于細胞的大小，因此往往會阻礙細胞在生物支架內(nèi)的伸展、遷移、代謝、以及營養(yǎng)物質(zhì)的輸運。另外，有研究表明具有細胞大小孔徑的支架能促進細胞的功能。因此3D打印具有細胞尺寸孔徑的生物支架，在細胞和組織工程領(lǐng)域具有重要意義。 現(xiàn)有擠出式生物打印技術(shù)在打印10微米級別的孔徑捉襟見肘(圖1)。因為傳統(tǒng)的成孔方法（比如凍干處理）沒法實現(xiàn)實時細胞打印，而且10微米級的結(jié)構(gòu)對3D打印精度和速度提出很大的挑戰(zhàn)。這個方向最…

低溫環(huán)境下，過冷水以及水蒸氣等在冷表面形成霜、雪以及塊體冰是一種十分普遍的自然現(xiàn)象。道路、電力系統(tǒng)、通訊基站以及船舶等設(shè)施結(jié)冰則會影響人們正常生產(chǎn)生活，甚至引發(fā)巨大災(zāi)害。傳統(tǒng)工業(yè)界主要使用機械除冰、化學(xué)法溶冰和加熱除冰等方法來解決結(jié)冰覆冰問題，但是，這些方法效率底下、耗能或者危害環(huán)境。近年來，人們發(fā)現(xiàn)超疏水表面、有機液體潤滑表面以及低彈性模量表面具有良好防冰性能。然而，此類新型防冰表面面臨防冰性能不可持續(xù)或者力學(xué)性能較差等不足。因此，仍需尋找新型防冰策略來覺得結(jié)冰覆冰問題。 近期，挪威科技大學(xué)研…