理化所王樹濤/宋文龍《Matter文摘》半轉化水凝膠開啟光敏潤滑

2021-01-19 Hydrogel水凝膠

2020年12月20日，中科院理化所王樹濤和吉林大學宋文龍科研團隊在《Matter》期刊發表了Semi-convertible Hydrogel Enabled Photoresponsive Lubrication一文。

【創新點】

1.賦予了部分凝膠-溶膠過渡到水凝膠的能力。

2.展示由紫外線/可見光觸發的溶膠潤滑層的可逆外觀。

3.在聚合物框架內整合響應性超分子網絡。

【科研摘要】

文中強調，通過整合響應性超分子系統的α-環糊精/聚乙二醇（α-CD/ PEG）和競爭性客體1- [對-（苯並偶氮基）苄基]溴化吡啶鎓（AzoPB）證明具有可逆光響應性超分子潤滑能力的半轉化水凝膠）在聚乙烯醇（PVA）和聚丙烯醯胺（PAAm）框架內。紫外線和可見光照射後，α-CD/PEG超分子網絡與AzoPB之間競爭性的主客體相互作用使水凝膠表面上的溶膠態層出現和消失，而PVA和PAAm始終保持構架。這種半轉化過程實現了可逆的光響應潤滑能力和可變的韌性。作者認為，這一發現將為製造新型智能設備提供一種可能的方法，而不僅僅是潤滑，這將導致跨學科材料科學領域的新興分支，該學科整合了超分子化學，水凝膠和表面科學。

【進步與潛力】

超分子水凝膠具有獨特的凝膠-溶膠轉變能力，能夠響應外界刺激，在構建具有優異特性（如潤滑，自愈和高機械強度）的智能材料方面顯示出前所未有的優勢。超分子非共價鍵和聚合物共價鍵之間的合作可以提供一種新型的超分子調節功能材料，可以在外部刺激下在固態和液態-固態之間切換它們的狀態。在這裡，作者演示了一種由穩定的共價框架和刺激響應性超分子網絡組成的半轉化水凝膠，其表現出光響應性潤滑能力和高韌性。作者認為，這一概念現在已經從早期開始出現，並且可能顯示出遠遠超出潤滑的更廣闊前景的應用，從而導致了跨學科材料科學的新興分支，該學科整合了超分子化學，水凝膠和表面科學。

參考文獻： doi.org/10.1016/j.matt.2020.11.018

版權聲明：「水凝膠」是由專業博士（後）創辦的公眾號，旨在分享學習交流高分子聚合物膠體學等領域的研究進展。上述僅代表作者個人觀點。如有侵權或引文不當請聯繫作者修正。商業轉載或投稿請後臺聯繫編輯。感謝各位關注！

相關焦點

  • 深圳先進院等成功製備黑磷基光敏水凝膠
    中化新網訊 近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員喻學鋒、王懷雨與香港城市大學教授朱劍豪等合作，成功製備出基於黑磷納米片的近紅外響應光敏水凝膠，可用於癌症手術與光熱協同治療和創面修復。　　癌症治療目前仍以手術切除腫瘤組織為主，但其中會面臨創傷較大、傷口易感染和術後局部復發率高等難題。
  • 【中國科學報】超高強度水凝膠生物潤滑材料研究獲進展
    為解決水凝膠材料力學性能差的問題，中國科學院蘭州化學物理研究所周峰課題組利用分子工程設計製備出了一種具有雙交聯網絡的超高強度水凝膠，該水凝膠具有新穎的共價鍵與配位鍵雙交聯的結構形式，其中的化學交聯形成惰性的水凝膠交聯網絡，接著利用鐵離子—羧酸根的配位鍵作為動態的交聯形式，在受到外界的應力後，可動態地斷裂配位鍵以耗散能量，從而大大提高水凝膠的機械性能。
  • 中科院周峰《材料化學》可控表面解離性分層水凝膠，可持久潤滑
    因此，由於表面潤滑和底部承重的結合，層狀水凝膠可以獲得非凡的耐磨性。證明了該方法可用於開發層狀水凝膠潤滑導管，該導管的內外表面均具有光滑的特徵。層狀水凝膠的非凡潤滑性能表明它們在組織工程和醫療設備領域的潛在應用。
  • Science：水凝膠，「加油」
    潤滑性的優劣主要歸因於凝膠固有的流體界面層，例如表面滲出的液膜或溶劑化的柔性聚合物。相比之下，諸如關節軟骨的生物材料在滑動和磨損的整個生命周期中因為非流體的脂質暴露邊界層的存在仍保持良好的潤滑。通過研究軟骨中的潤滑過程，可能會提供一種從組織工程到臨床診斷應用中可以持續的保持良好潤滑性能的水凝膠的方法。本文亮點1.
  • 當《Chem》點評《Matter》水凝膠作為多面手的防冰塗料
    他們設計了具有前所未有的水結構化能力的合成水凝膠平臺，以獲得具有優異防冰性能的憎冰水凝膠塗層。更具體地說，水凝膠設計將親水性丙烯醯胺（AAm）單元以及帶負電荷的丙烯酸（AAc）和帶正電荷的[2-（甲基丙烯醯氧基）乙基]三甲基銨（META）單元與疏水性聚二甲基矽氧烷（PDMS）接枝結合在一起。親水和帶電基團是假設圖1受天然抗凍蛋白啟發的憎冰水凝膠的設計。
  • 南京大學胡一橋/吳錦慧綜述:水凝膠在Cancer的研究進展
    3.2光敏水凝膠光是一種外部刺激，不僅可以促進水凝膠形成，而且可以促進drugs從水凝膠中釋放。第一個方法是水凝膠的化學結構或構象在紫外線或可見光下發生變化，從而實現溶膠-凝膠轉變以形成水凝膠（例如，在紫外光和光觸發下偶氮苯的順-反異構化）。其次是光熱療法，即將具有優異光熱轉換效率的材料封裝在水凝膠中，然後注入體內。
  • 中科院傑青周峰團隊《材料化學》可控表面解離性的分層水凝膠,可...
    【科研摘要】 開發具有特潤滑，承重和抗磨性能的生物啟發水凝膠材料對於耐用的潤滑性植入物或設備而言是必要的。儘管對水凝膠材料的潤滑進行了廣泛的研究，但是由於其較差的機械性能，通常難以在當前系統的潤滑和承重之間達到平衡。
  • 中科院王曉龍團隊實現雙網絡水凝膠的3D列印
    圖 | 二次塑性後的 3D 列印雙網絡水凝膠 中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室研究員王曉龍及其團隊通過構築雙物理交聯網絡實現了超高強韌水凝膠的 3D 列印。從蘭州大學畢業後，他加入蘭州化物所固體潤滑國家重點實驗室，開始了潤滑材料方面的研究。 而真正將 3D 技術與高性能材料結合在一起，是在王曉龍從加拿大回到中國之後。2014 年，王曉龍在結束為期 2 年的加拿大韋仕敦大學訪問研究之後回到蘭州化物所，並將研究方向轉變為基於 3D 列印等先進技術構築自潤滑、仿生摩擦等表界面材料。
  • ...基於四唑修飾光敏性水凝膠的靈敏、快速響應的單細胞免疫印跡技術
    單細胞免疫印跡技術（scWestern），採用可擴展開放式的微孔陣列凝膠晶片，通過重力作用驅動細胞沉降落孔，經化學裂解細胞並整合SDS-PAGE電泳分離細胞裂解釋放的蛋白質，後以短時間紫外線激發（～60s）激活光敏性凝膠，凝膠與蛋白質交聯而固定蛋白質固定於凝膠內。
  • 中科院理化所:「理」當益壯—新聞—科學網
    深耕雷射研究半個多世紀的許祖彥正在把夢想變成現實。 夢想的實現得益於改革機遇。 凝目標 今年6月，理化所剛剛度過第20個生日。這個組建於中科院知識創新工程實施期間的研究所，在誕生之初就被賦予特殊的職責與使命：從事科技成果轉化前期的研究工作，推動科技成果轉化。
  • 《Matter綜述文摘》3D金屬氣凝膠路線圖:材料設計和應用
    【科研摘要】憑藉金屬（例如，電導率，催化活性和等離激元性質）和氣凝膠（例如，整體結構，多孔網絡和較大的比表面積）的優點，金屬氣凝膠（MA）成為一類新型的金屬近十年來多孔材料。設想它們在電催化，等離子體激元和傳感領域具有無與倫比的潛力，將徹底改變與能源和檢測相關的應用領域。但是，由於缺乏足夠的物質基礎，MA的發展受到嚴重阻礙。
  • 南京大學胡一橋/吳錦慧綜述:水凝膠在治療癌症的研究進展
    熱敏水凝膠是最常見的刺激敏感性水凝膠，因為在注射或植入後不需要額外的刺激。然而，在體內進行的熱敏性水凝膠的研究少於體外。因此，水凝膠的物理和化學性質以及藥物釋放動力學仍然需要在體內進行研究，以實現更準確的控釋。　　3.2光敏水凝膠　　光是一種外部刺激，不僅可以促進水凝膠形成，而且可以促進藥物從水凝膠中釋放。
  • Adv Sci:一種水凝膠沉積技術或能成功「誘騙」幹細胞轉化為特殊的...
    2020年9月10日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，一項刊登在國際雜誌Advanced Science上的研究報告中，來自芝加哥伊利諾伊大學等機構的科學家們通過研究開發了一種特殊的方法，其或能精準控制水凝膠的沉積，水凝膠由水溶性的聚合物組成，通常在實驗中用於支持細胞用於治療性的目的，同時水凝膠還能模擬細胞外基質，即機體細胞所處的天然環境。
  • 南大趙遠錦教授團隊CEJ:雙響應石墨烯雜化變色水凝膠,作為可視化電子皮膚
    （2）此外，得益於rGO的非凡的近紅外（NIR）光熱轉換特性，可以引入具有光敏特性的這種具有溫度敏感聚合物成分的雜化膜。基於這些特徵，當響應溫度和NIR刺激時，混合膜不僅可以反饋電信號，而且還可以在視覺上呈現出顏色變化。此外，已經探索了混合膜在電熱轉化中的價值。結果表明，混合導電結構彩色膜在柔性電子領域具有廣闊的應用前景。
  • 《Science Advances》可注射光敏水凝膠,遞送神經保護蛋白
    例如，使用SpyTag/SpyCatcher或SnoopTag/SnoopCatcher等基因編碼的點擊化學試劑（一種可以通過形成異肽鍵將蛋白質分子共價結合在一起的肽/蛋白質對）導致了各種水凝膠和「活」軟材料。與由合成聚合物或天然前體製備水凝膠的努力相比，這種設計水凝膠的方法的優勢在於，它無需化學修飾，並具有更好的細胞或生物相容性。
  • 科學家研發出仿生層狀關節軟骨潤滑材料
    目前，從工程應用角度來說，尋找類似於天然軟骨的新型潤滑材料具有挑戰性。其中，表面接枝聚合物刷和水凝膠材料引發關注。但傳統表面引發聚合方法製備的聚合物刷層較薄，在宏觀粗糙接觸尺度下易被剪切磨掉，這限制了其在工程領域中的應用。
  • 理化所高性能銅網格柔性透明電極研究取得新進展
    理化所高性能銅網格柔性透明電極研究取得新進展 2018-09-04 理化技術研究所 【字體：該工作通過限域化學沉積的方法製備了形貌可控的銅網格，通過調控離子液體的化學結構和銅網格的微觀形貌實現了離子液體在銅網格上的超浸潤，進一步通過原位聚合法成功在銅網格表面引入均一的納米離子凝膠層，設計構築了具有優異光電性能和出色穩定性的離子凝膠複合銅網格柔性透明電極。
  • 華東理工大學在超分子水凝膠領域研究新進展
    生物組織是由蛋白質砌塊組裝得到的半柔性（Semiflexible）生物微絲交織而成的三維網絡結構，在應對外界機械力的刺激時，會表現出獨特的應變增強特性（Strain-stiffening），以保護機體免受外界應力的傷害。
  • 中科院團隊實現雙網絡水凝膠3D列印,高強韌性、製備方便性凸顯
    圖 | 二次塑性後的 3D 列印雙網絡水凝膠中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室研究員王曉龍及其團隊通過構築雙物理交聯網絡實現了超高強韌水凝膠的 3D 列印。圖 | 3D 列印的多種精細結構雙網絡水凝膠王曉龍的化學材料研究之路至今已 10 餘年，他於 2007 年博士畢業於蘭州大學化學化工學院，讀博期間的研究方向為高性能工程塑料的設計與製備。從蘭州大學畢業後，他加入蘭州化物所固體潤滑國家重點實驗室，開始了潤滑材料方面的研究。
  • 用於細胞3D列印的可見光交聯水凝膠
    光固化水凝膠因其在交聯過程易控、固化速度快、非接觸式成型的特點受到廣泛關注。光交聯過程與光引發劑息息相關，常用的光引發劑的吸收峰在250nm-400nm之間，長時間暴露在此光強下會對細胞的DNA造成損傷，增加致癌風險。因此，在細胞3D列印過程中使用可見光交聯是一種更安全的方式。