Mater。Horiz。北京大学黄建永水下强黏附可注射水凝胶

　　【科研摘要】
　　可注射水凝胶实现高水下粘附性具有挑战性。基于这种担忧， 北京大学 黄建永特聘研究员 团队报告了一种由明胶、茶多酚和尿素组成的完全物理交联的可注射水凝胶 ，能够在不同的水性环境中实现对玻璃和猪皮等各种材料的智能粘附。尿素分子被设计为交联破坏剂，用于干扰水凝胶中氢键的形成，从而调节其交联密度和机械性能，如拉伸强度、韧性和粘合强度。
　　通过尿素分子向周围液体环境的物理扩散触发， 水凝胶可以实现高效（约 10 秒）、自增强和持久（> 2 周）水下粘附。值得注意的是，新鲜猪皮的瞬时水下粘合强度为10.4 kPa，而借助自强效应峰值强度高达152.9 kPa。 更有趣的是，它可以同时形成可控的水下非粘性表面，受扩散触发的局部尿素浓度变化的调节。此外，它还具有生物相容性、抗菌性、可生物降解性和可在水中 3D 打印的特性，这为涉及智能界面粘附的各种应用提供了极大的便利，如生物医学和柔性电子产品。同样，物理扩散介导的机制代表了开发下一代智能水凝胶的创新策略。
　　【主图导读】
　　图 1. a可注射 G0.6-T0.6-U0.12 水凝胶的组成。b 注射用 G0.6-T0.6-U0.12 与新鲜猪皮在水下有效粘附的机制。c 扩散触发的自强化效应，形成＂粘性/非粘性＂界面。
　　图 2. a 所制备的 G0.6-T0.6 水凝胶、G0.6-T0.6-U0.12 流水冲洗 12 小时和 G0.6-T0.6-的拉伸和流变特性 U0.12 (0.1 g) 浸入有限量的水 (40 mL) 12 小时。b G0.6-T0.6 和 G0.6-T0.6-U0.12 水凝胶的流变学数据。c G0.6-T0.6-U0.12对猪皮的水下粘合强度随时间的变化。d G0.6-T0.6-U0.12与我们收集到的具有水下粘合能力的六种现有水下粘合水凝胶的水下粘合强度比较。e G0.6-T0.6-U0.12对玻璃的水下粘合强度随时间的变化。f 在不同水性环境中，G0.6-T0.6-U0.12 对新鲜猪皮的 10 秒粘合强度的比较。g G0.6-T0.6-U0.12 在不同水性环境中对玻璃的 10 秒粘合强度的比较。
　　图 3.  G0.6-T0.6-U0.12 水凝胶样品中水引发尿素扩散的时空动力学，该样品预先粘在两片新鲜猪皮上并浸入 40 mL 纯水中。
　　图 4.a G0.6-T0.6-U0.12 在水中的＂非粘性＂面的形成。
　　【总结】
　　受海洋生物的启发，团队开发了一种扩散触发的智能粘附水凝胶，它可以在不同的水环境中对各种材料形成高效、自强和持久的界面粘附。特别是，它不仅使我们能够稳定牢固地粘附在水中的软生物组织（例如，最大粘附强度高达 152.9 kPa 的新鲜猪皮），而且还通过扩散创造了智能的粘合/非粘合界面。尿素。这些独特的优势，结合其优异的生物相容性、抗菌活性、生物降解性以及高注射性和 3D 可打印性，意味着合成的水凝胶能够应用于与界面粘附相关的各种领域，如生物医学和柔性电子产品。更重要的是， 目前的工作提出了环境水引发的尿素扩散在调节水下智能粘附中的关键作用。该研究结果不仅为高性能水下粘合剂的设计和合成提供了一种新方法，而且为开发受功能分子扩散调控的智能水凝胶铺平了道路。
　　参考文献 ：
　　doi.org/10.1039/D1MH00533B
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