軟材料如水凝膠可廣泛應(yīng)用于組織工程、軟體機器人、可穿戴電子等領(lǐng)域。然而大多數(shù)傳統(tǒng)水凝膠往往結(jié)構(gòu)均勻無序且交聯(lián)松散，導(dǎo)致力學性能差，嚴重阻礙了其實際應(yīng)用。近年來，通過定向冷凍、磁場或電場、自組裝和機械拉伸制備了各種具有增強力學性能的各向異性水凝膠，但操作復(fù)雜且功能單一，且大多水凝膠的力學性能仍然無法與各向異性的天然生物組織如韌帶、肌腱等相媲美。這些生物組織由于其高度有序的分級微觀結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)異的各向異性力學性能。因此，使用通用而簡單的方法制備具有各向異性結(jié)構(gòu)的強韌水凝膠仍然是一個挑戰(zhàn)。
受韌帶、肌腱等各向異性生物組織結(jié)構(gòu)啟發(fā)，近日，河北工業(yè)大學胡寧教授和重慶大學寧慧銘副教授團隊在Materials Horizons上發(fā)表了題為“Strong, tough and anisotropic bioinspired hydrogels ”的研究論文。探索了一種新的簡單方法，即一種新型的溶劑交換輔助濕拉伸策略，開發(fā)了具有優(yōu)異力學性能甚至優(yōu)于生物組織的各向異性纖維基多功能水凝膠。
圖4 增強機理
該研究報道了一種溶劑交換輔助濕拉伸的協(xié)同策略，以開發(fā)一種受各向異性生物組織啟發(fā)的強韌、高度各向異性的纖維基水凝膠。該策略突破了現(xiàn)有干拉伸方法在調(diào)整聚合物構(gòu)象和結(jié)晶用于提高強度和韌性方面的局限性。溶劑交換輔助濕拉伸的設(shè)計概念可以應(yīng)用于各種聚合物，因此目前的策略具有普適性。未來，將進一步研究纖維基水凝膠優(yōu)異力學性能的機理，并將模擬人體肌肉的層次結(jié)構(gòu)擴展到不同的尺度。作為概念驗證，證明了基于纖維的水凝膠可以用作生物傳感器，這得益于其優(yōu)異的靈活性、應(yīng)變傳感能力、長期穩(wěn)定性和生物相容性。它顯示出良好的線性，在1000%的寬范圍內(nèi)，應(yīng)變系數(shù)為3.13。這些優(yōu)點使得基于各向異性纖維的水凝膠在廣泛的應(yīng)用中極具吸引力，包括生物領(lǐng)域，如人工軟組織材料和用于人體運動監(jiān)測的生物傳感器。
原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/mh/d3mh02032k
通訊作者簡介
胡寧，河北工業(yè)大學副校長，教授，博士生導(dǎo)師。獲得過國家海外高層次人才、杰青（B）、國務(wù)院政府特貼專家等榮譽。1981-1991年在重慶大學完成本科-博士教育，之后在南京航空航天大學、日本東北大學、清華大學、約翰斯·霍普金斯大學、日本千葉大學等從事科研和教學工作，歷任博士后-助理教授-副教授-教授等，2013年回國時任日本千葉大學教授、機械系主任和人工系統(tǒng)科學專攻長；2013-2019年在重慶大學工作，創(chuàng)建了航空航天學院并任首任院長；2019年調(diào)河北工業(yè)大學工作。他長期從事計算固體力學、功能·結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)和材料的無損檢測和實時監(jiān)控技術(shù)等研究，取得了不少創(chuàng)新性成果。出版英文書籍3部，申請和獲批中日專利20余項，發(fā)表期刊論文600余篇，論文被引用20000余次。他長期從事材料力學、復(fù)合材料力學、計算力學等課程的教學工作，指導(dǎo)了大量博士和碩士研究生，F(xiàn)任教育部航空航天教學指導(dǎo)委員會委員、中國復(fù)合材料學會理事、中國力學學會理事、河北省力學學會理事長、重慶市通用航空學會常務(wù)副理事長、日本復(fù)合材料學會評議員、十余份國內(nèi)外期刊的副主編/編委等。
寧慧銘，重慶大學副教授，主要從事復(fù)合材料力學，結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料設(shè)計制備評價等領(lǐng)域的研究工作。目前已在復(fù)合材料領(lǐng)域的一流國際期刊上發(fā)表SCI 論文70余篇，申請發(fā)明專利10余項，論文他引2000多次。近年來主持和參與了“十三五”裝備預(yù)研領(lǐng)域基金，國家自然科學基金以及“兩機”專項基礎(chǔ)研究項目等十余項重要科研項目。
王蜀，西南大學青年教師，主要從事柔性傳感材料及器件、柔性防護結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)功能一體化智能復(fù)合材料等領(lǐng)域的研究工作。目前已在Mater. Horiz., Compos.B:Eng.等國際期刊發(fā)表論文20余篇，論文他引400余次。近年來主持和參與了國家自然科學基金青年基金，十三五”裝備預(yù)研領(lǐng)域基金等科研項目。
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