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青岛大学隋坤艳教授团队《Science 》子刊:仿生捕蝇草智能水凝胶

来源:高分子科学前沿|

发表时间:2019-04-22

点击:24153

刺激响应水凝胶能够在外界刺激下(例如温度、pH、离子强度、光等)发生体积或形状变化,在组织工程、药物输送、软机器人等领域具有广泛的应用。受限于溶剂较慢的扩散速度,刺激响应凝胶通常只能进行缓慢的形变,限制了其在工程中的应用范围。


受自然界中捕蝇草快速捕捉昆虫现象的启发(Snapping deformation),最近,青岛大学隋坤艳教授课题组通过结构设计合成了一种可转换的刺激响应凝胶材料。只需通过外界刺激控制能量的预存储与释放,所制备凝胶材料即可进行超快速的snap形变 (<1s)。通过控制能量存储的大小与位置,还可对snap形变的速度与位置进行控制,实现更为复杂的可编程形变。


数学推导结果表明,该凝胶能量转换能力来源于其预设的双梯度结构。该研究为刺激响应材料的设计提供了一种新的思路,有望拓展其在软体机器人、组织工程、活性医疗等领域的应用广度。


相关成果以“Dual-gradient enabled ultrafast biomimeticsnapping of hydrogel materials”为题发表在国际知名期刊《Science Advances》(2019, 5: eaav7174. DOI: 10.1126/sciadv.aav7174)该论文共同第一作者为博士后范汶鑫和硕士研究生单彩云,通讯作者为复旦大学聂志鸿教授与青岛大学隋坤艳教授,青岛大学为论文第一作者单位和通讯作者单位。


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图1.仿生捕蝇草智能水凝胶Snapping形变示意图



图2.双梯度rGO/PDMAEMA水凝胶片的反向Snapping。



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图3.在双梯度复合水凝胶片中预先存储能量实现可编程反向Snapping。




图4.通过编程能量预存储将双梯度复合水凝胶片转换成复杂形状。




图5.水凝胶薄片反向Snapping的一般准则。


胶流会通讯录

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