水凝膠

石油基合成高分子已廣泛用于生產(chǎn)日用品如織物、包裝膜、購物袋、一次性餐具等，成為人類生活的必需物質(zhì)。然而，這些材料難以生物降解，廢棄后造成了嚴重的環(huán)境污染。 此外，不可再生的石油、煤炭等資源總有一天會枯竭。因此，開發(fā)利用可再生的生物質(zhì)資源已成為可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。 纖維素是自然界儲量最豐富的天然聚多糖，具有來源廣、可再生、可生物降解、安全無毒等優(yōu)點，可作為制備環(huán)境友好型功能材料的理想原料。 纖維素的開發(fā)利用主要有兩種方式： 一種是“自上而下”，即直接利用它自身的納米纖維結(jié)構(gòu)，采用不同新技術制備納…

在眾多科研工作者的砥礪下，各類電子皮膚應運而生，為可穿戴設備、醫(yī)療診斷等領域打開一扇新的大門。在電子皮膚中，碳納米管（CNTs）是常見的導電材料，遺憾的是，大多數(shù)整合CNTs的電子皮膚缺少數(shù)據(jù)可視化功能，需要借助外連的設備才能顯示和處理信號，使得電子皮膚的發(fā)展受到阻礙。因此，南京大學鼓樓醫(yī)院趙遠錦教授團隊模擬變色龍皮膚（圖1），提出一種基于羥丙基纖維素復合水凝膠的電子皮膚（E-皮膚），它具有穩(wěn)定的膽甾型液晶結(jié)構(gòu)和明亮的結(jié)構(gòu)顏色；通過具有多重響應能力的復合水凝膠作為主要構(gòu)成要素，E-皮膚可以對溫度…

水凝膠是一類通過化學或物理交聯(lián)的三維網(wǎng)絡高分子材料，高分子網(wǎng)絡與水分子之間的氫鍵作用將溶劑束縛在網(wǎng)絡內(nèi)部。作為一種準固態(tài)物質(zhì)，水凝膠能夠在多種外界刺激下改變形狀或體積，因此在軟體機器人、傳感器和柔性電子皮膚等領域具有廣泛的應用前景。溫敏水凝膠是一種對溫度具有響應性的水凝膠，傳統(tǒng)的溫敏塊狀水凝膠(Thermoresponsive bulk hydrogel)對溫度刺激響應速率慢、機械性能(強度、韌性和自恢復等)較差，且不具備多層次、多尺度的仿生微結(jié)構(gòu)，從而限制其在各領域的應用。在自然界的生物軟組織…

多級次自組裝是構(gòu)筑生命體的基本策略，發(fā)展人工多級次自組裝策略對于深入理解和準確模擬生物功能和生物過程都具有重要的意義，同時也為構(gòu)建先進功能材料提供了可靠的途徑。手性納米飄帶是手性小分子多級次自組裝的常見產(chǎn)物，通常具有較低的自由能，因而被認為是一種穩(wěn)定的自組裝形態(tài)，然而在生命體中，具有螺旋形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)體通常不會以伸展的纖維形態(tài)而存在，例如具有雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA，通常以高度卷曲的形式存儲在核小體中，只有在轉(zhuǎn)錄時才解散釋放出來。 近日，上海交通大學馮傳良教授、邱惠斌教授課題組首次在苯丙氨酸和香豆素衍…

粘合劑在日常生活中十分常見，尤其是以502膠水為代表的高分子粘合劑已經(jīng)成為生活生產(chǎn)中難以取代的一類重要輔助材料。一般來說，傳統(tǒng)粘合劑只能用于干燥環(huán)境下的基材粘接，而在潮濕或水下環(huán)境中非常容易粘合失效。當水分子進入粘合界面并形成水膜時，粘合劑與基材之間的直接接觸被嚴重限制，造成粘合劑的表面能降低，進而導致粘合劑與基材之間粘接強度明顯降低或完全不能粘接?？紤]到生物工程、海洋工程和醫(yī)學工程等領域應用的強烈需求，開發(fā)水下強粘合材料一直是研究熱點。 目前，盡管以兒茶酚基團為主要結(jié)構(gòu)的水下粘合劑的開發(fā)已經(jīng)取…

目前我們使用的便攜式電子器件大多采用鋰離子電池，當氣溫過低時，普通的電池容量會衰減，當達到-10℃時，電池容量可能衰減到原來一半，嚴重影響電子設備的可持續(xù)使用。一種有效的解決方案，就是可以不斷收集環(huán)境中的能量為電子設備供電，可穿戴摩擦納米發(fā)電機（TENGs）的誕生為這種方案提供了可行的技術支撐。 特別是具備可拉伸特性的柔性TENG，可將人體大幅度運動產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能。但是，傳統(tǒng)的可拉伸TENG主要由低楊氏模量彈性體摩擦材料和凝膠類電極材料，在低于零度條件下，其可拉伸性和電學輸出性能會嚴重下…

3D打印技術正被運用于實現(xiàn)工業(yè)中的快速原位制造，以及個性化消費產(chǎn)品的生產(chǎn)。如今，先進的3D打印系統(tǒng)已實現(xiàn)將生物材料（主要是水凝膠）、生化試劑和活細胞逐層精確定位到復雜的3D功能組織中，這使得3D打印技術邁向了3D生物打印領域。3D生物打印旨在為大范圍的生物醫(yī)學應用復制生物組織或器官的組成、力學性能和3D結(jié)構(gòu)。 當前對于臨床應用而言，一般是在體外進行構(gòu)件的3D打印，然后通過手術程序?qū)⑵渲踩塍w內(nèi)。最近報道的原位3D生物打印也僅限于外部的受損區(qū)域，例如皮膚或先前手術處暴露的部位。 然而，可注射材料用作…

膝蓋骨頭之間薄而滑的軟骨是一層神奇的東西：它很堅固，能夠承受一個人活動的沖擊，但又很柔軟，不會使人體產(chǎn)生不適。然而這種“剛與柔”的組合修復能力有限，每年在世界上都有數(shù)以萬計的人遭受骨端關節(jié)軟骨損傷，其中膝關節(jié)最常見。 因此臨床上會尋找軟骨替代品來進行軟骨病變的治療，從而延遲全膝關節(jié)置換。水凝膠主要由水組成且滲透率低，摩擦系數(shù)（COF）非常低，因此可以被廣泛地用作軟骨替代品。然而，當前的水凝膠在循環(huán)載荷和磨損方面不具有足夠的機械強度和耐久性，不能用作承載軟骨的替代物。 亮點 近期，美國杜克大學Be…

《金剛狼》中的“狼叔”具有極強的自愈合能力，每次受傷后都可以在極短的時間內(nèi)恢復，是我們每個人都羨慕的超能力。但是在現(xiàn)實生活中，我們受到意外傷害之后，傷口都要借助縫合線與縫合釘才能愈合。然后縫合線與縫合釘?shù)氖褂貌粌H會給患者造成極大的痛苦，也會在傷口愈合后留下疤痕，給患者造成長久的心理陰影。只需在傷口處輕輕一抹，即可以將傷口完美粘合的生物膠水不愧為理想之選。在去年《自然》雜志就報道了一種由趙選賀教授課題組開發(fā)的能夠粘合濕潤組織等濕潤界面的“人體雙面膠”（解讀：MIT趙選賀團隊再發(fā)《Nature》！首…

模擬皮膚的柔性傳感器能夠?qū)⒍喾N刺激（應力、壓力等）轉(zhuǎn)化為電信號，是可穿戴電子器件、人機系統(tǒng)、植入式生物材料和軟體機器人的核心原件。離子皮膚利用離子導電，模擬天然皮膚的功能，可以通過離子導電的可拉伸水凝膠或離子凝膠制備，與電子皮膚相比，在檢測較大的應力時有更高的可靠性。但是制備能夠精確檢測大范圍內(nèi)的應力或壓力，并且保持長久穩(wěn)定性的離子皮膚絕非易事。通常來說，提高大應力范圍內(nèi)的靈敏度必然要犧牲機械強度，而低的機械強度使離子皮膚更容易出現(xiàn)缺陷，反過來又不利于長久的穩(wěn)定性。 自愈合材料具有修復機械損傷并…