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浙大谢涛/赵骞Nature：水凝胶“变形金刚”
2023/09/19 08:56
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方案摘要：
产品配置单：
软材料微观拉伸疲劳试验机-IBTC-100SL
型号： IBTC-100SL
产地： 天津
品牌： 凯尔测控
¥10万 - 30万
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方案详情：
在这里，浙江大学谢涛教授和赵骞教授通过一种四维可打印形状记忆水凝胶实现了这一目标。这种水凝胶通过相分离发挥作用，其形状变换动力学由内部质量扩散主导，而不是由普通形状记忆聚合物的热传输主导。这种水凝胶可在自然环境温度下进行形状转换，关键是有一个恢复开始延迟。在器件编程过程中，可通过改变相分离的程度对这一延迟进行编程，这为形状变换控制提供了一种特别的机制。这种自然触发形状记忆聚合物具有可调的恢复起始时间，大大降低了设备的实施门槛。相关成果以“Shape memory polymer with programmable recovery onset"为题发表在《Nature》上，第一作者为倪楚君博士与陈狄博士。
为了量化编程、相分离和复原之间的相关性，作者使用磁共振成像（MRI）来监测水的演变。图 3a 显示，原始样品在非相分离状态下的结合水含量较高。编程后，结合水减少，减少程度随编程时间增加而增加。在任何给定的编程时间内，结合水都会随着 25 °C 下的相混合而增加，最终恢复到原始状态。通过核磁共振成像图，可以获得形状恢复过程中结合水的实时变化（图 3b），不同编程时间对应的吨位值以虚线标出。相应地，同一颜色的虚线和实线之间的截距代表形状恢复开始时的临界结合水含量。图 3c 显示，无论编程时间长短，当结合水达到相同的临界值（约 70%）时，形状开始恢复。根据上述基于扩散的机制，可以在扩散和恢复开始之间建立联系，从而对行为进行预测。
图 4d说明了生物探针潜在应用的另一个好处。在这种情况下，探针需要有足够的硬度以刺穿坚硬的屏障（例如表面组织），但又要足够柔软以匹配目标组织的低模量。将柔软的明胶核心嵌入坚硬得多的硅橡胶中就能模拟这种情况。在没有编程的情况下，水凝胶装置太软，无法穿透硅胶。在90° C 下编程后，该装置在 25 ° C 下足够长的时间内变得坚硬，有利于成功穿透，同时在特定时间内全部进入软明胶。
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