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加點蛋白質(zhì),高拉伸、低滯后、抗疲勞水凝膠不是夢!
水凝膠基的器件在柔性電子、生物傳感、軟體機器人以及智能人機界面等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中,高拉伸性、低滯后和抗疲勞是必不可少的,雖然這些性能其實都是能量耗散的結(jié)果(不同條件下),但很難在同一個水凝膠中同時滿足。 不同于合成的水凝膠,許多生物組織(如肌肉和軟骨),顯示出特殊的機械性能,并能在其生命周期中存活數(shù)百萬個機械周期。在許多這樣的組織中,大自然已經(jīng)進化出一類特殊的彈性蛋白,它們由折疊蛋白結(jié)構(gòu)域的串聯(lián)重復(fù)組成,作為松散排列的蛋白纖維的交聯(lián)劑。這些彈性體蛋白可以展開以分散機械負荷,并迅…
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所常江團隊?Science子刊—— “水凝膠溫度計”助力光熱療法突破瓶頸
光熱療法(Photothermal therapy, PTT)是一種新興的疾病治療手段,具有高選擇性、低侵入性以及無系統(tǒng)性副作用等優(yōu)點。特別是在癌癥治療領(lǐng)域,大量的研究表明這一療法表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗腫瘤性能。然而,在光熱治療過程中難以實現(xiàn)對病灶溫度的精準(zhǔn)檢測,往往會造成治療效力無法控制的局面——要么升溫不足而無法殺死腫瘤細胞,要么升溫過高而對周邊正常組織造成熱損傷。因此,如何實現(xiàn)無熱損傷副作用的光熱治療是PTT進一步發(fā)展所需要解決的關(guān)鍵問題之一。 近期,中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的常江團隊設(shè)計了一…
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?“氣到起飛”的水凝膠驅(qū)動器
還以為水凝膠驅(qū)動器仍停留在水中低速驅(qū)動嗎?No!《Nature Communication》最新發(fā)文,在空氣中工作的光敏水凝膠驅(qū)動器,運動速度可達到1.6 m/s,超過正常人步速(1.5m/s),響應(yīng)速度快 (800 ms)并可選擇方向進行彈射(15 cm)。 蘇州大學(xué)董彬教授團隊采用“懸浮聚合法”制備了一種殼狀結(jié)構(gòu)的水凝膠驅(qū)動器,驅(qū)動器由表面殼及內(nèi)芯構(gòu)成。聚丁二烯橡膠(PBR)構(gòu)成的外殼可以有效防止水凝膠的水分散失到空氣中,內(nèi)芯為半徑為1 mm納米四氧化三鐵-丙烯酸鈉(PAANa-IONP)復(fù)…
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如何用“果凍”發(fā)一篇Nature/Science?玩轉(zhuǎn)生物質(zhì)材料—明膠
生物質(zhì)材料由于其環(huán)保、安全、可再生以及相對廉價等優(yōu)點,在近年來受到越來越多不同領(lǐng)域研究人員的青睞。多種多樣的生物質(zhì)材料,例如多糖類的纖維素、淀粉,蛋白質(zhì)或多肽類的膠原、明膠、蠶絲等材料都在諸如生物材料、仿生材料、能源材料、軟機器人與驅(qū)動器材料中得到了開發(fā)和應(yīng)用。本次我們將為大家介紹近年來生物質(zhì)材料在各個領(lǐng)域的代表性研究進展和應(yīng)用。 明膠,相信大家都不陌生,它時常被作為食品和添加劑出現(xiàn)在我們的餐桌上,屬于蛋白質(zhì)。通常來說,明膠由動物膠原(如豬皮)部分水解而制成,加熱至35℃及更高時會逐漸軟化或溶解…
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?清華大學(xué)李春《ACS Nano》:純MXene水凝膠基質(zhì)
MXene(Ti3C2Tx)是一種具有金屬導(dǎo)電性和膠體加工性獨特結(jié)合的新型二維材料,在儲能、電磁干擾屏蔽、催化等儲能等領(lǐng)域具有重要研究價值,是目前最熱門的幾種二維材料之一。部分研究表明,Ti3C2Tx引入水凝膠,可以提高凝膠的導(dǎo)電性/導(dǎo)熱性。但缺乏易于調(diào)節(jié)的表面化學(xué)性,Ti3C2Tx很難組裝成純水凝膠。為解決這一難點,通常會加入高分子凝膠劑(氧化石墨烯和聚合物)或鹽(多價陽離子),采用水熱法或干法復(fù)水法制備Ti3C2Tx復(fù)合水凝膠。然而,由于引入外來組分,復(fù)合水凝膠的導(dǎo)電性通常受到限制,難以精細…
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仿天然軟骨的雙層水凝膠實現(xiàn)高負載與低摩擦!
人體軟骨主要由大量膠原蛋白纖維和蛋白聚糖組成,在關(guān)節(jié)腔內(nèi)滑液的配合下,它們可承受極大的承載力(3-18 MPa),且能在不同滑動速度下實現(xiàn)低摩擦(0.001–0.030)。受到天然軟骨的啟發(fā),科學(xué)家們用水凝膠來部分模擬這種天然的水基潤滑系統(tǒng)。水凝膠通常是親水性聚合物網(wǎng)絡(luò),具有柔軟的彈性和較低的摩擦,以及可調(diào)控的生物相容性。這使它們成為某些醫(yī)療領(lǐng)域如置換關(guān)節(jié)軟骨的潛在候選材料。迄今為止,科學(xué)家們已經(jīng)投入了很多精力來開發(fā)具有出色潤滑性能的水凝膠材料。但是,想實現(xiàn)極低的摩擦就要求水凝膠具有很大的水合度…
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纖維素納米纖維增強離子導(dǎo)電水凝膠:制備簡單,應(yīng)用前景廣泛
隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和對人機界面需求的不斷提高,柔性離子導(dǎo)體以其高彈性、透明性、機械性能可調(diào)、導(dǎo)電相一致等特點受到了廣泛的關(guān)注。水凝膠由聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和超過90%的水組成,與電解質(zhì)鹽混合后可以用作理想的離子導(dǎo)體。然而通過簡單的方法制備高機械性能和高導(dǎo)電性兼得、耐凍性好的離子導(dǎo)電水凝膠仍是一個挑戰(zhàn)。 亮點 近期,加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)Feng Jiang團隊通過聚乙烯醇(PVA)和纖維素納米纖維(CNFs)在二甲基亞砜-水溶劑體系中的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變制備了一種新型的高彈性(高達660%)、高強度(高…
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北海道大學(xué)龔劍萍團隊:具有像“人腦”一樣記憶和遺忘行為的水凝膠
水凝膠像人體組織一樣具有軟濕的特性,是模仿生物功能的極佳候選者。近期,北海道大學(xué)龔劍萍(Jian Ping Gong)教授課題組發(fā)現(xiàn)水凝膠材料可像“人腦”一樣對信息進行編碼、提取和自發(fā)地遺忘。 通過學(xué)習(xí),人腦能夠記住信息,且記住的信息隨時間的推移會被人腦自發(fā)地遺忘。遺忘可以過濾掉不重要的信息和噪音,從而維持大腦的高效運行。遺忘是一個動態(tài)的過程;遺忘時間一般跟學(xué)習(xí)的時間與學(xué)習(xí)的狀態(tài)有關(guān)。用人造材料再現(xiàn)動態(tài)可控的記憶-遺忘過程具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)。龔教授團隊近日報道了水凝膠材料能夠模仿人腦的…
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麥吉爾大學(xué)李劍宇教授《Mater.Horiz.》:響應(yīng)微孔成型生物打印水凝膠,實現(xiàn)彈性、粘彈性、孔隙三種特性正交調(diào)控
如何快速地3D打印具有細胞尺寸孔徑的生物支架?現(xiàn)有的生物墨水打印成型后大多會形成納米尺寸孔徑,遠小于細胞的大小,因此往往會阻礙細胞在生物支架內(nèi)的伸展、遷移、代謝、以及營養(yǎng)物質(zhì)的輸運。另外,有研究表明具有細胞大小孔徑的支架能促進細胞的功能。因此3D打印具有細胞尺寸孔徑的生物支架,在細胞和組織工程領(lǐng)域具有重要意義。 現(xiàn)有擠出式生物打印技術(shù)在打印10微米級別的孔徑捉襟見肘(圖1)。因為傳統(tǒng)的成孔方法(比如凍干處理)沒法實現(xiàn)實時細胞打印,而且10微米級的結(jié)構(gòu)對3D打印精度和速度提出很大的挑戰(zhàn)。這個方向最…
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挪威科技大學(xué)研發(fā)出?基于離子擴散型長效自除冰表面
低溫環(huán)境下,過冷水以及水蒸氣等在冷表面形成霜、雪以及塊體冰是一種十分普遍的自然現(xiàn)象。道路、電力系統(tǒng)、通訊基站以及船舶等設(shè)施結(jié)冰則會影響人們正常生產(chǎn)生活,甚至引發(fā)巨大災(zāi)害。傳統(tǒng)工業(yè)界主要使用機械除冰、化學(xué)法溶冰和加熱除冰等方法來解決結(jié)冰覆冰問題,但是,這些方法效率底下、耗能或者危害環(huán)境。近年來,人們發(fā)現(xiàn)超疏水表面、有機液體潤滑表面以及低彈性模量表面具有良好防冰性能。然而,此類新型防冰表面面臨防冰性能不可持續(xù)或者力學(xué)性能較差等不足。因此,仍需尋找新型防冰策略來覺得結(jié)冰覆冰問題。 近期,挪威科技大學(xué)研…