通过简单、通用的方法快速构筑具有任意结构复杂性和可控直径的管状水凝胶结构长期以来面临着巨大的挑战。近期，烟台先进材料与绿色制造山东省实验室（简称黄渤海实验室）精密制造材料与技术团队受蜘蛛丝变性能力的启发，提出了一种通过高浓度碱诱导聚乙烯醇/离子液体（PVA/ILs）溶液络合而实现快速凝胶化的新策略，即碱诱导分子聚集（AMA）以应对挑战。该策略能快速制造出直径可调、厚度可控、拉伸强度高达1.1MPa、断裂伸长率超过600%的管状水凝胶结构。如图1所示，与蜘蛛丝的流动诱导结晶实现快速液-固转变类似，通过碱诱导PVA分子链羟基的去质子化并与离子液体中阳离子的络合而实现快速凝胶化。分子动力学模拟表明，体系中的相变发生在0.5 ns以内。更为重要的是，两种溶液的扩散具有方向性，即总是从碱扩散向PVA/ILs中，这种特殊的具有方向性的扩散使其能较易的通过挤出式3D打印制造腔体结构，为简单快速制造管状水凝胶结构提供了巨大的潜力。
图1. 受蜘蛛丝的快速固化过程启发，制备管状水凝胶结构的示意图及分子动力学模拟
图2展示了PVA/ILs液体的流变学行为以及基于AMA策略的快速凝胶化能力。当高浓度碱从打印针头注射到PVA/ILs中后，由于特定的扩散方向使其在针尖划过的原始位置留下空腔，这种独特的制备管状水凝胶的方法是其他报道中不曾具备的。通过控制相关参数可以得到直径在200-3000μm之间的管状水凝胶，且具有制备复杂中空结构模型的能力。
图2. PVA/ILs溶液的流变学性能及在介质中稳定直书写和制备中空水凝胶结构。该工作是精密制造材料与技术团队关于结构化水凝胶相关研究的最新进展，近日以“Spider-silk inspired ultrafast alkali-induced molecular aggregation for 3D printing arbitrary tubular hydrogel”为题发表在《Materials Horizons》（2024, DOI: 10.1039/d4mh01291g），文章第一作者是烟台先进材料与绿色制造山东省实验室助理研究员吕阳，王晓龙研究员、姬忠莹副研究员为论文通讯作者。该团队近两年针对水凝胶结构设计和功能化应用方面先后发表了多篇高水平文章（Adv. Mater. 2024, 2404469; Nat Commun. 2024, 15: 3482; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2210395; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2108845）。以上工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院“西部之光”交叉创新团队、山东省“泰山学者”特聘专家计划等项目的支持。
原文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/mh/d4mh01291g
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[email protected]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
