水凝膠

石油基合成高分子已廣泛用于生產(chǎn)日用品如織物、包裝膜、購(gòu)物袋、一次性餐具等，成為人類(lèi)生活的必需物質(zhì)。然而，這些材料難以生物降解，廢棄后造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。 此外，不可再生的石油、煤炭等資源總有一天會(huì)枯竭。因此，開(kāi)發(fā)利用可再生的生物質(zhì)資源已成為可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。 纖維素是自然界儲(chǔ)量最豐富的天然聚多糖，具有來(lái)源廣、可再生、可生物降解、安全無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，可作為制備環(huán)境友好型功能材料的理想原料。 纖維素的開(kāi)發(fā)利用主要有兩種方式： 一種是“自上而下”，即直接利用它自身的納米纖維結(jié)構(gòu)，采用不同新技術(shù)制備納…

在眾多科研工作者的砥礪下，各類(lèi)電子皮膚應(yīng)運(yùn)而生，為可穿戴設(shè)備、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域打開(kāi)一扇新的大門(mén)。在電子皮膚中，碳納米管（CNTs）是常見(jiàn)的導(dǎo)電材料，遺憾的是，大多數(shù)整合CNTs的電子皮膚缺少數(shù)據(jù)可視化功能，需要借助外連的設(shè)備才能顯示和處理信號(hào)，使得電子皮膚的發(fā)展受到阻礙。因此，南京大學(xué)鼓樓醫(yī)院趙遠(yuǎn)錦教授團(tuán)隊(duì)模擬變色龍皮膚（圖1），提出一種基于羥丙基纖維素復(fù)合水凝膠的電子皮膚（E-皮膚），它具有穩(wěn)定的膽甾型液晶結(jié)構(gòu)和明亮的結(jié)構(gòu)顏色；通過(guò)具有多重響應(yīng)能力的復(fù)合水凝膠作為主要構(gòu)成要素，E-皮膚可以對(duì)溫度…

水凝膠是一類(lèi)通過(guò)化學(xué)或物理交聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)高分子材料，高分子網(wǎng)絡(luò)與水分子之間的氫鍵作用將溶劑束縛在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。作為一種準(zhǔn)固態(tài)物質(zhì)，水凝膠能夠在多種外界刺激下改變形狀或體積，因此在軟體機(jī)器人、傳感器和柔性電子皮膚等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。溫敏水凝膠是一種對(duì)溫度具有響應(yīng)性的水凝膠，傳統(tǒng)的溫敏塊狀水凝膠(Thermoresponsive bulk hydrogel)對(duì)溫度刺激響應(yīng)速率慢、機(jī)械性能(強(qiáng)度、韌性和自恢復(fù)等)較差，且不具備多層次、多尺度的仿生微結(jié)構(gòu)，從而限制其在各領(lǐng)域的應(yīng)用。在自然界的生物軟組織…

多級(jí)次自組裝是構(gòu)筑生命體的基本策略，發(fā)展人工多級(jí)次自組裝策略對(duì)于深入理解和準(zhǔn)確模擬生物功能和生物過(guò)程都具有重要的意義，同時(shí)也為構(gòu)建先進(jìn)功能材料提供了可靠的途徑。手性納米飄帶是手性小分子多級(jí)次自組裝的常見(jiàn)產(chǎn)物，通常具有較低的自由能，因而被認(rèn)為是一種穩(wěn)定的自組裝形態(tài)，然而在生命體中，具有螺旋形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)體通常不會(huì)以伸展的纖維形態(tài)而存在，例如具有雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA，通常以高度卷曲的形式存儲(chǔ)在核小體中，只有在轉(zhuǎn)錄時(shí)才解散釋放出來(lái)。 近日，上海交通大學(xué)馮傳良教授、邱惠斌教授課題組首次在苯丙氨酸和香豆素衍…

粘合劑在日常生活中十分常見(jiàn)，尤其是以502膠水為代表的高分子粘合劑已經(jīng)成為生活生產(chǎn)中難以取代的一類(lèi)重要輔助材料。一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)粘合劑只能用于干燥環(huán)境下的基材粘接，而在潮濕或水下環(huán)境中非常容易粘合失效。當(dāng)水分子進(jìn)入粘合界面并形成水膜時(shí)，粘合劑與基材之間的直接接觸被嚴(yán)重限制，造成粘合劑的表面能降低，進(jìn)而導(dǎo)致粘合劑與基材之間粘接強(qiáng)度明顯降低或完全不能粘接。考慮到生物工程、海洋工程和醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域應(yīng)用的強(qiáng)烈需求，開(kāi)發(fā)水下強(qiáng)粘合材料一直是研究熱點(diǎn)。 目前，盡管以?xún)翰璺踊鶊F(tuán)為主要結(jié)構(gòu)的水下粘合劑的開(kāi)發(fā)已經(jīng)取…

目前我們使用的便攜式電子器件大多采用鋰離子電池，當(dāng)氣溫過(guò)低時(shí)，普通的電池容量會(huì)衰減，當(dāng)達(dá)到-10℃時(shí)，電池容量可能衰減到原來(lái)一半，嚴(yán)重影響電子設(shè)備的可持續(xù)使用。一種有效的解決方案，就是可以不斷收集環(huán)境中的能量為電子設(shè)備供電，可穿戴摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENGs）的誕生為這種方案提供了可行的技術(shù)支撐。 特別是具備可拉伸特性的柔性TENG，可將人體大幅度運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。但是，傳統(tǒng)的可拉伸TENG主要由低楊氏模量彈性體摩擦材料和凝膠類(lèi)電極材料，在低于零度條件下，其可拉伸性和電學(xué)輸出性能會(huì)嚴(yán)重下…

3D打印技術(shù)正被運(yùn)用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)中的快速原位制造，以及個(gè)性化消費(fèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)。如今，先進(jìn)的3D打印系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)將生物材料（主要是水凝膠）、生化試劑和活細(xì)胞逐層精確定位到復(fù)雜的3D功能組織中，這使得3D打印技術(shù)邁向了3D生物打印領(lǐng)域。3D生物打印旨在為大范圍的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用復(fù)制生物組織或器官的組成、力學(xué)性能和3D結(jié)構(gòu)。 當(dāng)前對(duì)于臨床應(yīng)用而言，一般是在體外進(jìn)行構(gòu)件的3D打印，然后通過(guò)手術(shù)程序?qū)⑵渲踩塍w內(nèi)。最近報(bào)道的原位3D生物打印也僅限于外部的受損區(qū)域，例如皮膚或先前手術(shù)處暴露的部位。 然而，可注射材料用作…

膝蓋骨頭之間薄而滑的軟骨是一層神奇的東西：它很堅(jiān)固，能夠承受一個(gè)人活動(dòng)的沖擊，但又很柔軟，不會(huì)使人體產(chǎn)生不適。然而這種“剛與柔”的組合修復(fù)能力有限，每年在世界上都有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的人遭受骨端關(guān)節(jié)軟骨損傷，其中膝關(guān)節(jié)最常見(jiàn)。 因此臨床上會(huì)尋找軟骨替代品來(lái)進(jìn)行軟骨病變的治療，從而延遲全膝關(guān)節(jié)置換。水凝膠主要由水組成且滲透率低，摩擦系數(shù)（COF）非常低，因此可以被廣泛地用作軟骨替代品。然而，當(dāng)前的水凝膠在循環(huán)載荷和磨損方面不具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性，不能用作承載軟骨的替代物。 亮點(diǎn) 近期，美國(guó)杜克大學(xué)Be…

《金剛狼》中的“狼叔”具有極強(qiáng)的自愈合能力，每次受傷后都可以在極短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，是我們每個(gè)人都羨慕的超能力。但是在現(xiàn)實(shí)生活中，我們受到意外傷害之后，傷口都要借助縫合線(xiàn)與縫合釘才能愈合。然后縫合線(xiàn)與縫合釘?shù)氖褂貌粌H會(huì)給患者造成極大的痛苦，也會(huì)在傷口愈合后留下疤痕，給患者造成長(zhǎng)久的心理陰影。只需在傷口處輕輕一抹，即可以將傷口完美粘合的生物膠水不愧為理想之選。在去年《自然》雜志就報(bào)道了一種由趙選賀教授課題組開(kāi)發(fā)的能夠粘合濕潤(rùn)組織等濕潤(rùn)界面的“人體雙面膠”（解讀：MIT趙選賀團(tuán)隊(duì)再發(fā)《Nature》！首…

模擬皮膚的柔性傳感器能夠?qū)⒍喾N刺激（應(yīng)力、壓力等）轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，是可穿戴電子器件、人機(jī)系統(tǒng)、植入式生物材料和軟體機(jī)器人的核心原件。離子皮膚利用離子導(dǎo)電，模擬天然皮膚的功能，可以通過(guò)離子導(dǎo)電的可拉伸水凝膠或離子凝膠制備，與電子皮膚相比，在檢測(cè)較大的應(yīng)力時(shí)有更高的可靠性。但是制備能夠精確檢測(cè)大范圍內(nèi)的應(yīng)力或壓力，并且保持長(zhǎng)久穩(wěn)定性的離子皮膚絕非易事。通常來(lái)說(shuō)，提高大應(yīng)力范圍內(nèi)的靈敏度必然要犧牲機(jī)械強(qiáng)度，而低的機(jī)械強(qiáng)度使離子皮膚更容易出現(xiàn)缺陷，反過(guò)來(lái)又不利于長(zhǎng)久的穩(wěn)定性。 自愈合材料具有修復(fù)機(jī)械損傷并…