水凝胶

水凝胶基的器件在柔性电子、生物传感、软体机器人以及智能人机界面等领域得到了广泛的应用。在这些应用中，高拉伸性、低滞后和抗疲劳是必不可少的，虽然这些性能其实都是能量耗散的结果（不同条件下），但很难在同一个水凝胶中同时满足。 不同于合成的水凝胶，许多生物组织（如肌肉和软骨），显示出特殊的机械性能，并能在其生命周期中存活数百万个机械周期。在许多这样的组织中，大自然已经进化出一类特殊的弹性蛋白，它们由折叠蛋白结构域的串联重复组成，作为松散排列的蛋白纤维的交联剂。这些弹性体蛋白可以展开以分散机械负荷，并迅…

光热疗法（Photothermal therapy, PTT）是一种新兴的疾病治疗手段，具有高选择性、低侵入性以及无系统性副作用等优点。特别是在癌症治疗领域，大量的研究表明这一疗法表现出了优异的抗肿瘤性能。然而，在光热治疗过程中难以实现对病灶温度的精准检测，往往会造成治疗效力无法控制的局面——要么升温不足而无法杀死肿瘤细胞，要么升温过高而对周边正常组织造成热损伤。因此，如何实现无热损伤副作用的光热治疗是PTT进一步发展所需要解决的关键问题之一。 近期，中国科学院上海硅酸盐研究所的常江团队设计了一…

还以为水凝胶驱动器仍停留在水中低速驱动吗？No！《Nature Communication》最新发文，在空气中工作的光敏水凝胶驱动器，运动速度可达到1.6 m/s，超过正常人步速（1.5m/s），响应速度快 (800 ms)并可选择方向进行弹射(15 cm)。 苏州大学董彬教授团队采用“悬浮聚合法”制备了一种壳状结构的水凝胶驱动器，驱动器由表面壳及内芯构成。聚丁二烯橡胶(PBR)构成的外壳可以有效防止水凝胶的水分散失到空气中，内芯为半径为1 mm纳米四氧化三铁-丙烯酸钠（PAANa-IONP）复…

生物质材料由于其环保、安全、可再生以及相对廉价等优点，在近年来受到越来越多不同领域研究人员的青睐。多种多样的生物质材料，例如多糖类的纤维素、淀粉，蛋白质或多肽类的胶原、明胶、蚕丝等材料都在诸如生物材料、仿生材料、能源材料、软机器人与驱动器材料中得到了开发和应用。本次我们将为大家介绍近年来生物质材料在各个领域的代表性研究进展和应用。 明胶，相信大家都不陌生，它时常被作为食品和添加剂出现在我们的餐桌上，属于蛋白质。通常来说，明胶由动物胶原（如猪皮）部分水解而制成，加热至35℃及更高时会逐渐软化或溶解…

MXene（Ti3C2Tx）是一种具有金属导电性和胶体加工性独特结合的新型二维材料，在储能、电磁干扰屏蔽、催化等储能等领域具有重要研究价值，是目前最热门的几种二维材料之一。部分研究表明，Ti3C2Tx引入水凝胶，可以提高凝胶的导电性/导热性。但缺乏易于调节的表面化学性，Ti3C2Tx很难组装成纯水凝胶。为解决这一难点，通常会加入高分子凝胶剂（氧化石墨烯和聚合物）或盐（多价阳离子），采用水热法或干法复水法制备Ti3C2Tx复合水凝胶。然而，由于引入外来组分，复合水凝胶的导电性通常受到限制，难以精细…

人体软骨主要由大量胶原蛋白纤维和蛋白聚糖组成，在关节腔内滑液的配合下，它们可承受极大的承载力（3-18 MPa），且能在不同滑动速度下实现低摩擦（0.001–0.030）。受到天然软骨的启发，科学家们用水凝胶来部分模拟这种天然的水基润滑系统。水凝胶通常是亲水性聚合物网络，具有柔软的弹性和较低的摩擦，以及可调控的生物相容性。这使它们成为某些医疗领域如置换关节软骨的潜在候选材料。迄今为止，科学家们已经投入了很多精力来开发具有出色润滑性能的水凝胶材料。但是，想实现极低的摩擦就要求水凝胶具有很大的水合度…

随着物联网的快速发展和对人机界面需求的不断提高，柔性离子导体以其高弹性、透明性、机械性能可调、导电相一致等特点受到了广泛的关注。水凝胶由聚合物网络结构和超过90％的水组成，与电解质盐混合后可以用作理想的离子导体。然而通过简单的方法制备高机械性能和高导电性兼得、耐冻性好的离子导电水凝胶仍是一个挑战。 亮点 近期，加拿大英属哥伦比亚大学Feng Jiang团队通过聚乙烯醇（PVA）和纤维素纳米纤维（CNFs）在二甲基亚砜-水溶剂体系中的溶胶-凝胶转变制备了一种新型的高弹性（高达660%）、高强度（高…

水凝胶像人体组织一样具有软湿的特性，是模仿生物功能的极佳候选者。近期，北海道大学龚剑萍（Jian Ping Gong）教授课题组发现水凝胶材料可像“人脑”一样对信息进行编码、提取和自发地遗忘。   通过学习，人脑能够记住信息，且记住的信息随时间的推移会被人脑自发地遗忘。遗忘可以过滤掉不重要的信息和噪音，从而维持大脑的高效运行。遗忘是一个动态的过程；遗忘时间一般跟学习的时间与学习的状态有关。用人造材料再现动态可控的记忆-遗忘过程具有相当的挑战。龚教授团队近日报道了水凝胶材料能够模仿人脑的…

如何快速地3D打印具有细胞尺寸孔径的生物支架？现有的生物墨水打印成型后大多会形成纳米尺寸孔径，远小于细胞的大小，因此往往会阻碍细胞在生物支架内的伸展、迁移、代谢、以及营养物质的输运。另外，有研究表明具有细胞大小孔径的支架能促进细胞的功能。因此3D打印具有细胞尺寸孔径的生物支架，在细胞和组织工程领域具有重要意义。 现有挤出式生物打印技术在打印10微米级别的孔径捉襟见肘(图1)。因为传统的成孔方法（比如冻干处理）没法实现实时细胞打印，而且10微米级的结构对3D打印精度和速度提出很大的挑战。这个方向最…

低温环境下，过冷水以及水蒸气等在冷表面形成霜、雪以及块体冰是一种十分普遍的自然现象。道路、电力系统、通讯基站以及船舶等设施结冰则会影响人们正常生产生活，甚至引发巨大灾害。传统工业界主要使用机械除冰、化学法溶冰和加热除冰等方法来解决结冰覆冰问题，但是，这些方法效率底下、耗能或者危害环境。近年来，人们发现超疏水表面、有机液体润滑表面以及低弹性模量表面具有良好防冰性能。然而，此类新型防冰表面面临防冰性能不可持续或者力学性能较差等不足。因此，仍需寻找新型防冰策略来觉得结冰覆冰问题。 近期，挪威科技大学研…