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  可控折疊水凝膠的研究對(duì)傳感器、驅(qū)動(dòng)器、軟體機(jī)器人和醫(yī)療器械等領(lǐng)域的發(fā)展具有重大意義。傳統(tǒng)的可控折疊水凝膠大多是通過(guò)水凝膠的非對(duì)稱溶脹或收縮而實(shí)現(xiàn)。這種方法一般需要水凝膠處在一定的溶劑之中才能實(shí)現(xiàn)，并且折疊的時(shí)間會(huì)隨著凝膠的體積增大而顯著增加。

  深圳大學(xué)周學(xué)昌副教授課題組研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)向制備好的海藻酸鈣/聚丙烯酰胺（Ca-Alginate/PAAm）韌性水凝膠中引入三價(jià)鐵離子（Fe3+），從而在海藻酸鈣凝膠網(wǎng)絡(luò)中形成第二重離子交聯(lián)，可以極大的提高凝膠含鐵部分的彈性模量而改變其拉伸性能，甚至可以“鎖定”已經(jīng)拉伸的部分而阻止其復(fù)原。據(jù)此，課題組提出一種全新的預(yù)拉伸再“鎖定”的水凝膠可控折疊策略，可以實(shí)現(xiàn)在空氣下對(duì)韌性水凝膠的快速可控折疊 ( J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 5726-5732.)。

  最近，該團(tuán)隊(duì)研究人員聯(lián)合香港中文大學(xué)鄭波教授課題組，利用紙轉(zhuǎn)移技術(shù)，將含有三價(jià)鐵離子的剪紙圖案鋪在預(yù)拉伸的凝膠上來(lái)轉(zhuǎn)移鐵離子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)韌性水凝膠的模量進(jìn)行局部增強(qiáng)。當(dāng)凝膠被釋放時(shí)，凝膠即將根據(jù)非對(duì)稱的圖案化“鎖定”而立刻發(fā)生折疊。凝膠的折疊角度和形狀可以通過(guò)控制凝膠預(yù)拉伸程度，轉(zhuǎn)移的剪紙圖案種類以及鐵離子的轉(zhuǎn)移深度來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制（圖1）（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 9077-9084.）。

圖1拉伸-鎖定策略實(shí)現(xiàn)韌性水凝膠的可控折疊。

  此研究提供了一種簡(jiǎn)單直接的方法來(lái)控制變形過(guò)程以得到預(yù)期的構(gòu)型，將有利于水凝膠折疊在軟體機(jī)器人和醫(yī)療器械等領(lǐng)域的應(yīng)用。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，深圳市基礎(chǔ)研究基金，深圳大學(xué)以及香港研究資助局的資助。

文章鏈接：

Title: “Freezing”,morphing, and folding of stretchy tough hydrogels

Authors: Tianzhen Li, Jiahui Wang, Liyun Zhang, Jinbin Yang, Mengyan Yang, Deyong Zhu, Xiaohu Zhou, Stephan Handschuh-Wang, Yizhen Liu, and  Xuechang Zhou*

Journal:  J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 5726-5732.

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tb/c7tb01265a#!divAbstract

Title: Mechanochemical Regulated Origami with Tough Hydrogels by Ion Transfer Printing

Authors: Xiaohu Zhou, Tianzhen Li, Jiahui Wang, Fan Chen, Dan Zhou, Qi Liu, Baijia Li, Jingyue Cheng, Xuechang Zhou,* and Bo Zheng*

Journal:  ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 9077-9084.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b01610