浙江大学相佳佳、邵世群、刘欣《AFM》：增强相分离，快速制备强韧超大孔水凝胶！

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2024-10-08 08:00

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超大孔水凝胶（SMP）以其高度仿生的结构和高渗透性的特质，近年来在生物医用领域备受瞩目。然而，大孔结构常致使材料整体力学性能下滑，这严重限制了大孔凝胶的进一步应用。因此，在获取大孔结构的同时维持高韧性，对于大孔凝胶材料而言无疑是一项重大挑战。

近期，浙江大学相佳佳研究员、邵世群研究员以及刘欣研究员团队合作，提出一种增强相分离效应制备坚韧SMP的策略。该策略通过选取两种具有不同聚集趋势且相互混溶的聚合物（海藻酸钠和聚乙烯醇），在凝胶化过程中，这两种聚合物各自聚集且相互排斥，进而诱导高密度聚合物相的产生，成功在水凝胶内部塑造出更大的孔隙结构，同时显著增强了整体材料的韧性。与传统的制备方法（如冷冻凝胶化或模板法）相比，此方法无需耗时的冷冻处理或溶剂交换，极大地提高了制备效率。而相较于采用嵌段共聚物的传统相分离策略，本方法大幅提升了材料最终的孔径。所制备出的水凝胶，孔隙率高达85%以上，同时还拥有优异的机械性能，杨氏模量约为300 kPa，压缩破裂应变高达99%。同时，通过调控不同分子量的海藻酸和聚乙烯醇，能够灵活控制孔隙尺寸范围（50 μm至700 μm），增强了该水凝胶在不同应用场景中的适用性。

图1通过强化相分离策略制备SMP的示意图及基于海藻酸钠和聚乙烯醇共混体系制备得到的强韧SMP。

此方法不仅操作简便，还能与注射设备相结合，便于将水凝胶成型为不同形状（如球体或纤维），从而拓展了其在组织工程、药物递送、软体机器人等领域的应用前景。该体系简便、灵活、高效的特点，为未来的产业化应用奠定了基础。

通过多种结构表征手段表明，聚乙烯醇在共混体系中通过增加粘度以及定向迁移的方式，诱导海藻酸钠分子取向并堆积形成高密度聚合物相，最终在获得超大孔结构的同时确保了材料的高韧性。

这项工作通过创新的相分离策略，打破了传统高孔隙率水凝胶在力学性能方面的瓶颈，为同时兼顾高孔隙性和高机械性能的水凝胶提供了崭新思路，也为未来高效制备新型SMP提供了理论依据和实践参考。

该工作以“Facile Fabrication of Tough Super Macroporous Hydrogel via Enhanced Phase Separation”为题发表于《Adv Funct Mater》。浙江大学化工学院相佳佳研究员、邵世群研究员和浙江大学医学院附属邵逸夫医院刘欣研究员为论文共同通讯作者，浙江大学博士后郭云舟博士为论文第一作者，申有青教授为论文提供了重要指导。此项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等的支持。