水凝胶敷料

自然界中，许多生物体根据生存需要逐渐进化出独特的环境适应行为，例如变色龙、树蛙、章鱼等变色生物可以根据环境需要来自适应改变皮肤颜色和图案，以达到交流、伪装等目的。受此启发，科研工作者希望通过设计智能人工材料（特别是类生物组织的软、湿态高分子水凝胶材料）来复制生物体的环境刺激响应变色行为。仿生智能变色水凝胶新材料的发展有助于理解自然界的生物变色现象，并有望在传感检测、柔性显示、变色伪装皮肤、软体机器人等领域发挥应用价值。　　与源于对外界光的吸收、反射或散射而产生的色素色或结构色不同，荧光色是一种发光色，色饱和度高，适用于夜晚、森林、海洋、河流等照明不足的环境，因此被认为是色素色和结构色的良好补充。然而，与能够在不同外界刺激环境中呈现丰富皮肤颜色变化的变色龙等生物相比，科研人员制备的多色荧光高分子水凝胶在外界刺激下的发光颜色变化范围仍较窄，难以利用单一水凝胶实现多重刺激响应的宽范围荧光颜色变化。　　为此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队基于前期基础研究，提出了精确控制不同荧光团空间分布结构以实现高分子水凝胶荧光颜色有效调控的新策略。最近，宁波材料所研究人员和中科院过程工程研究所研究员周蕾团队合作，发展高分子水凝胶的分子结构设计，将聚集诱导发光的取代萘酰亚胺型蓝色荧光团和稀土配位型红、绿色荧光团分别引入同一水凝胶体系的不同高分子交联网络中（如图）。得益于这一创新材料结构设计，萘酰亚胺型蓝色荧光团和稀土配位型红、绿色荧光团的发光强度可以分别利用不同外界刺激进行独立且连续的调控，从而实现多重刺激（温度、pH、溶剂、离子、光等）响应的红、绿、黄、蓝、紫多色荧光变化。该工作显著拓宽了高分子水凝胶的荧光变色范围，有望应用于智能变色伪装皮肤、仿生智能软体机器人等重要领域。　　该工作以Supramolecular Hydrogel with Orthogonally Responsive R/G/B Fluorophores Enables Multi-color Switchable Biomimetic Soft Skins为题，发表在Advanced Functional Materials上。研究工作得到国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划项目、国家重点研发计划、中科院青年创新促进会和王宽诚教育基金等的支持。

p　　strong阿卜杜拉国王科技大学(KAUST-King Abdullah University of Science and Technology)的研究人员开发出一种导电水溶胶，使应变灵敏性、自愈性、和可拉伸性得到前所未有的优化。“我们的材料胜过所有先前报道过的水凝胶，并引入了新的功能，”材料科学与工程教授Husam Alshareef陈述到。/strong/pp style="text-align: center "strongimg src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/de43ded7-3f8b-4d59-8f46-3dc5e0db1eb4.jpg" title="导电水凝胶的信号可清晰地分辨不同的面部表情.jpg"//strong/pp/pp style="text-align: center "strong导电水凝胶的信号可清晰地分辨不同的面部表情(图片来源：KAUST)/strong/pp　　智能材料具有span style="color: rgb(255, 0, 0) "类似皮肤一样的拉伸、感知和弯曲能力，已发现在与人体交互中具有各种各样的应用/span。预期发展前景像辅助治疗创伤的可生物降解贴片一样宽广，还可扩展到触摸感应机械设备和可穿戴电子产品。/pp　　该材料由一种称为MXene的金属碳化物和含水水溶胶结合而成。span style="color: rgb(255, 0, 0) "除了其超过3400%的拉伸性能外，该材料还可快速回复至其初始状态，并可粘附于不同表面之上，例如皮肤。/spanspan style="color: rgb(255, 0, 0) "即使它被切成若干块，它仍可在重新附着后快速复原。/span/pp　　span style="color: rgb(31, 73, 125) "i“这种材料对拉伸和压缩敏感性的不同是一个突破性的发现，并为水溶胶的感知功能增添了一个新的维度，”/i/spanAlshareef实验室的博士后，本研究第一作者Yizhou Zhang陈述道。/pp　　这一创新策略在感知皮肤变化并将其转换为电信号的应用中具有极其重要的意义。例如，一层系在使用者前额薄薄的材料可区分各种不同的面部表情，像是皱眉或微笑。这一性能可使严重瘫痪的患者能够控制电子设备和交流。/pp　　当该材料薄带被系于喉部时，它们可表现出卓越的将语音转换成电信号的能力。这可使语言障碍者的谈话被清晰地听到。/pp　　“我们的材料在各种生物传感和生物医学应用中潜力非凡，”本研究共同作者Kanghyuck Lee陈述道。/pp　　更直接和特别有用的医学前景包括具有释药促愈功能的柔性创可贴。除了被贴于皮肤表面，这种覆盖物甚至可用于病变器官内部。研究人员还希望开发一种智能材料，可检测器官形状和体积，并能根据产生的信号改变药物的释放。/pp　　一种完美的能力是将医疗传感同治疗整合起来。其他有趣的前景是在机器人领域这一材料可被利用之处，例如，将其用于指触摸式感应机械拓展功能。/pp　　它同样可被用于防伪，该材料的复合电子平板被用来高度敏感地检测签名，当它们被书写时。/pp　　KAUST的研究者们已提出一长串可进一步研究和开发的潜在应用。i“span style="color: rgb(31, 73, 125) "其商业化潜力巨大，”/span/iAlshareef总结道。/p

可穿戴传感器可以通过非侵入的方式捕捉人体的各种信号并转化为可识别的电信号，从而达到实时监测的目的，在健康管理等领域展现出了重要价值。相比于传统的刚性可穿戴传感器，由导电凝胶等软材料构建的皮肤式可穿戴传感器能与动态皮肤形成紧密的共型结构，提高传感器的传感准确性和稳定性，甚至实现对人体运动状态的实时感知。 　　尽管基于导电凝胶的可穿戴传感器研究已经取得巨大进展，并广泛应用于动作监测、健康管理、表情和声音识别、人机交互等诸多领域，但由于导电凝胶在水环境中存在吸水溶胀、导电组分流失、粘附性能衰退等问题，限制了其在水下探索等领域的应用与发展。近年来，通过对导电凝胶进行耐水性能的设计，研究人员实现了导电凝胶基可穿戴传感器的水下传感领域的应用，促进了该领域的研究快速发展 　　近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队陈涛研究员、肖鹏副研究员和魏俊杰博士基于在耐水导电高分子凝胶的构筑及其水下传感方面的研究基础，在Advanced Materials上发表题为“Water-Resistant Conductive Gels Toward Underwater Wearable Sensing”的综述文章(Adv. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adma.202211758)。 　　在该综述中，作者首先对提高导电凝胶耐水性的方法进行了总结，归纳提出了封装设计、疏水网络结构和多重交联作用这三种耐水设计策略，并详细讨论了各种策略的耐水原理、具体设计方法以及存在的优缺点，从而为未来的耐水导电凝胶设计提供指导。随后对用于水下传感领域的耐水导电凝胶的多功能性质进行了介绍。除了水下稳定性之外，探讨了耐水导电凝胶的拉伸性质、水下粘附性质、水下自修复性质、可回收性质和3D打印性等性质对导电凝胶基水下可穿戴传感器的传感性能和制造加工工艺的影响，并重点讨论了这些性质的优化改善方法。此外，对现有耐水导电凝胶在水下传感领域的具体应用方向进行了汇总，着重总结了耐水导电凝胶在水下运动感知、水下健康监测、水下通讯、水环境分析几个方向的研究进展，并分析了耐水导电凝胶在这些应用中存在的不足，为未来的水下传感研究指明了方向。 　　尽管导电凝胶的耐水设计和传下传感研究已经取得了一定的成果，但该领域的发展尚处于起步阶段，仍然存在一些问题和挑战亟需解决。导电凝胶在水环境中的传感性能与陆上性能有着明显差异，相关的水下传感机制和传感模型有待进一步阐明；耐水导电凝胶的水下稳定性和水下传感性能测试还没有标准的方法，亟需建立统一的检测方法进行有效对比和评估；在耐水导电凝胶和水下可穿戴传感器的多功能设计上需要进一步努力，例如实现基于变色功能的可视化感知、基于自清洁功能的抗污能力和基于生物可降解的环境友好等。 　　为了满足耐水导电凝胶基水下可穿戴传感器的实际应用需求，需要进一步发展与水下可穿戴传感器匹配的无线传输技术和自供能技术；如何实现多感知功能和多技术模块在水下凝胶传感系统中的一体化集成，尤其是如何实现“软”凝胶材料与“硬”电子元件的稳定界面结合依然是该领域需要面临的一个重要挑战。 　　该论文得到了国家自然科学基金(51773215)、中国博士后科学基金(2021M690157、2022T150668)、宁波市自然科学基金(2121J206)、国家重点研发计划项目(2022YFC2805204、2022YFC2805202)等项目的支持。耐水导电凝胶的设计策略与水下传感应用 　　(中科院海洋新材料与应用技术重点实验室 魏俊杰)

如何研磨水凝胶？医用水凝胶是一种高分子凝胶，主要是由水、聚乙二醇、丙酮等成分组成，它具有补水、保湿、抗衰、美白、消炎的作用与功效。而水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。水凝胶作为一种典型生物材料，具有众多别的材料所不可比拟的特性，如良好的生物相容性和生物降解性，类似组织的断裂韧性、可拉伸性、柔韧性、离子电导率等，使其成为了生物研究中的明星材料。上海般诺生物科技有限公司为了更好地服务客户，开放了做样服务，此次就接到高校实验室老师的做样需求，因此我们的工作人员对此进行实际做样并记录如下：一、客户样品1. 1#水凝胶样品约3ml；2. S#水凝胶样品约3ml 3. 溶剂 5ml。二、客户需求1. 将2份水凝胶样品分别研磨，颗粒度要求30ul.2. 研磨后加入给定的溶剂中。三、实验工具准备1. 上海般诺生产的BIONOON-48型号高通量组织研磨仪；2. 50ML研磨罐2个；3． 氧化锆研磨珠2颗；4. 液氮1罐。四、实验过程 (一) 样品预冻1. 将两个EP管内的水凝胶分别倒入准备好的2个研磨罐中；2. 每个研磨罐中加入1颗氧化锆研磨珠；3. 拧紧研磨罐，然后放入液氮中；4. 预冻5分钟左右取出待用。（二）样品研磨1. 将预冻后的研磨罐放入模块内；2. 拧紧螺帽，关上研磨仪，并锁上安全锁； 3. 设置实验参数：频率60HZ、时间60S 、研磨次数1次、中断时间0S（即不中断）；4. 点击“Star”键，一键启动，研磨仪自动运转；5. 到达设定的时间，研磨仪自动停止； 6. 打开研磨仪，取出模块，打开研磨罐，倒出样品。（三）封装样品1. 取出2只干净的EP管；2. 将1#研磨好的样品放入EP管中，加入一半的溶剂；3. 将S#研磨好的样品放入EP管中，加入剩下的溶剂；4. 将2个EP管拧紧，封装进塑封袋中。五、客户反馈 我们为客户提供了整个实验过程的短视频，以便于客户清晰了解整个实验过程，以及样品研磨好之后的状态。客户在收到样品后，结合我们的实验过程，怼我们的工作以及整体做样结果给予了认可及肯定。 六、产品介绍 上海般诺生物科技有限公司生产的BIONOON系列高通量组织研磨仪，可对动物组织、植物组织、微生物、食品药品、易挥发样品、塑料、聚合物、环境样品等进行干磨、湿磨及低温研磨，可根据客户实验要求，提供0.2ml~50ml样品的研磨，且一次性可实现多组样品的封闭式研磨破碎，重复性好。整机在设计上采用7英寸触摸屏，可显示工作状态，实现一键操作，且可以选配编程软件及接受客户定制化要求。

智能变形水凝胶作为一种软、湿态智能材料，能在外界环境的刺激下将自身化学能转化为机械能，同时伴随体积及形态的转变，因此一直以来被认为是理解与验证生物变形的理想平台。经过多年的发展，智能变形水凝胶已然能模仿自然界中的大部分变形行为，并展现出多刺激响应、可编程、程序化形态转变等诸多特点。然而，自然界的生命体不仅能改变自身形态，还可将这种原位的变形高效地转化为运动，从而满足自身示警、捕食及避险等需求。因此如何模仿生命体的运动行为，并进一步使智能变形水凝胶实现越野运动依然是一个巨大的挑战。 　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队陈涛研究员长期从事功能与智能高分子水凝胶及其在仿生变形、变色及运动等方面的前沿探索研究。近期，该团队与浙江大学、之江实验室的郑音飞教授合作，基于前期提出的界面扩散聚合(IDP)策略(CCS Chem. 2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201942)，成功编程智能高分子水凝胶的各向异性结构，从而模仿尺蠖的爬行行为，实现了智能变形水凝胶全地形的越野爬行行为(图1)。 　　为了能实现高效的变形-运动转变，研究人员利用冰模板的方法，制备了具有超快温度响应的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)凝胶海绵。其可在5s内收缩到自身体积的40%，并且由其制备而得的双层水凝胶驱动器展示出88°/s的快速弯曲变形(图2)。值得一提的是，与传统的智能变形材料通过减小自身厚度来加快响应速度的方式不同，即使该凝胶厚度增加到2mm，其驱动速度也不会有较大损失。因此，在保证凝胶驱动变形速度的同时，PNIPAm凝胶海绵能具有更大的体积从而能将自身更多的化学能转化为机械能。 　　进一步地，为了增强凝胶变形的可控性，研究人员基于凝胶结构设计以及IDP策略，通过在PNIPAm凝胶海绵的表面定制化地生长含有Fe3O4纳米颗粒的光热凝胶，使得所制备的双层水凝胶驱动器能在近红外(NIR)光驱动下产生向光性及自持振动行为(图3)。除此之外，研究人员还可通过IDP策略，将制备好的双层水凝胶驱动器切断并重新排序组装，从而实现在NIR光下的多自由度程序化变形。 　　基于凝胶的程序化变形，这种双层的水凝胶驱动器能通过模仿自然界中尺蠖爬行的过程，利用时空调控的原位变形与环境的交互来实现高效的爬行运动。具体而言，一束NIR光首先照射的凝胶的头部，由于Fe3O4纳米颗粒的光热作用与PNIPAm凝胶海绵的热响应形变的协同作用，凝胶头部快速弯曲变形，并与粗糙基底形成卯榫结构增大其与基底的摩擦力。而后，NIR逐步移向凝胶中部，并不断触发所经凝胶的热弯曲收缩，使得凝胶整体收缩前进。当NIR移动到凝胶尾部时，对称相反的结构使得凝胶尾部凝胶向上弯曲从而抬起凝胶头部，使得其与基底的卯榫结构打开，解除锚定作用。最后，当移除NIR光后，头部的凝胶会快速回复到初始状态从而触发下一次循环。因此水凝胶也可在这种动态的卯榫锚定模式下，实现持续地爬行过程(图4)。值得一提的是，利用这种动态的卯榫锚定模式，该双层水凝胶驱动器可以适应多种粗糙表面，甚至可在普通的自然沙地上实现快速爬行。 　　此外，得益于IDP策略对凝胶结构的编程，双层水凝胶驱动器可进一步仿生进化出二维的六触手形态，通过水凝胶触手之间的互相配合实现快速的二维爬行。并且通过触手的程序化变形，水凝胶还可在爬行过程中不断调整自身体积，从而适应地形的变化，并成功穿越隘口，山谷以及山脊等一系列复杂地形(图5)。 　　该工作近期以题为“The Dynamic Mortise-and-Tenon Interlock Assists Hydrated Soft Robots Toward Off-Road Locomotion”的论文在线发表在Science合作期刊Research(DOI: org/10.34133/research.0015)上。本研究得到了国家重点研发计划(2022YFB3200071)、浙江省自然科学基金(LD22E050008，LD22A020002)、浙江省重点研发计划(2022C01002)、中国科学院青年创新促进会(2019297)、浙江省医药卫生重点科技项目、国家卫生健康委员会科研基金(WKJ-ZJ-2009)和国家重大科研仪器开发项目(81827804)等项目的支持。图1 水凝胶的仿生进化及越野爬行图2 具有快速温敏驱动的凝胶海绵图3 NIR下光热水凝胶驱动器的程序化变形过程图4 仿尺蠖多地形快速爬行图5 水凝胶二维越野爬行

在物联网时代，智能可重写显示体系的发展有助于缓解日益增长的一次性电子垃圾所引起的环境污染和资源消耗问题，有望成为信息显示和传递的重要媒介。近年来科研人员开发了多种刺激响应颜色变化材料体系用于可逆信息书写。然而，基于化学物质刺激响应体系（例如水、离子、酸碱、尿素溶液等）通常会产生化学油墨残留/堆积，严重削弱其可重写性和响应灵敏性。依赖于无刺激残留的高能量紫外光和短波长可见光响应体系主要依靠调控特定分子化学结构转变实现信息载入，往往受限于复杂的化学结构设计和较慢的光响应动力学。因此，如何通过新型材料结构与显示机制的设计，开发一种集远程控制、快速响应、多色和多模式显示功能于一体的智能可重写显示系统仍然是巨大的挑战。　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员陈涛、路伟长期从事荧光高分子水凝胶的仿生构筑及其功能与智能调控研究。近期，受到变色龙皮下组织中不同色素细胞有序排列多层结构及其高效协同能力的启发，报道了一种近红外激光触发的可重写多色水凝胶体系，其兼具光书写和光投影的特点，不仅可以实现任意信息的瞬态光写入/自擦除/光重写，还可以实现既定多色图案的可持续光投影显示。该系统具有垂直排列多层结构，包括作为光热控制层的聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装二维碳纳米管（CNTs）薄膜和作为显示层的嵌入式荧光高分子水凝胶层。在水凝胶层中温敏性内芯荧光水凝胶被限制在非响应性外壳荧光水凝胶中，用于更好地实现稳定、可逆和多色的信息载入。这种仿生多层的结构设计有效通过“光触发-热量产生-荧光输出”的级联过程，建立了一种具有前景的信息显示机制。近红外激光可以作为“笔”进行远程书写，这一过程中，CNTs层首先发生光热转换，并将热量传递给凝胶层诱导温敏性内芯水凝胶形成氢键动态交联网络，并产生亲疏水相转变，进一步降低其中镧系配合物的水溶剂化程度，使得内芯水凝胶荧光增加，从而改变内芯与外壳层的叠加色，产生明显的颜色变化，实现信息的及时书写（约为5s）。移除光源，温敏性内芯水凝胶解除分子链内部氢键交联，回到亲水状态使得荧光得以恢复，所书写信息在36s后完全自擦除并可重新写入新的信息。此外，多级层状结构的设计使得光热控制层CNTs薄膜和荧光水凝胶显示层易于图案化，在近红外激光面光源的投射下可以显示预先设计的多色图案。这种功能集成的显示能力不仅有助于满足各种信息的不同显示或传输的需求，而且利于实现更好的视觉信息可视化和交互体验感，并为未来新型光书写体系的发展奠定了基础。 　　相关成果以Light-Writing & Projecting Multicolor Fluorescent Hydrogels for On-Demand Information Display为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到国家重点研发计划、浙江省自然科学基金等项目的支持。具有仿生多层结构的可光书写荧光高分子水凝胶显示系统

5月29日，记者从湖北工业大学获悉，该校材料与化学工程学院微纳米及软物质科研团队李学锋教授、黄以万副教授提出通过一种简单的二次平衡法，开发出一系列溶胀却力学性能增强的水凝胶材料，其力学性能优于许多已报道的高性能水凝胶，这一研究改变了研究者对水凝胶“溶胀-力学性能弱化”的普遍认知，为研发溶胀且增强的水凝胶材料提供一种简易方法。相关研究成果日前在《先进功能材料》上发表。作为一类十分重要的软物质，高分子水凝胶具有类似于生物软组织的软、湿等物理特性，在生物组织工程、药物输送、软体机器人等诸多领域均表现出十分迷人的应用前景。然而，合成高分子水凝胶通常却并不遵循生命体系中“长大-变强”的自然规律。当在水或稀溶液中溶胀时，高分子网络被稀释会导致链密度降低，合成水凝胶通常表现出与生命体系相反的几何尺寸-力学性能关系，即尺寸变大却力学性能弱化现象。为提高高分子水凝胶的力学性能，研究者们目前倾向于在水凝胶网络中引入更多的物理或化学键合，增强高分子链间的相互作用，实现力学性能强化目的。设计并开发一种类似于生命体系中尺寸变大而力学性能增强的水凝胶，十分有趣却充满挑战。为此，上述研究团队提出通过一种简单的二次平衡法制备了一系列溶胀却力学性能增强的水凝胶材料。为探究该水凝胶体系中溶胀且力学性能增强的行为，该团队进一步系统研究了初始水凝胶在金属盐溶液中的透析时间及盐溶液浓度对其物理、化学结构及力学性能的影响，结果表明这两种因素均会显著影响水凝胶多相微结构重构及溶胀且力学性能增强的行为。李学锋介绍，随着透析时间增加，水凝胶样品的体积先迅速增大，然后经历一段较缓慢的降低，最后趋于稳定，这一过程持续数月。在这个缓慢的透析过程中初始水凝胶网络的多相微结构尺寸先显著降低，后缓慢变大，最后趋于与初始水凝胶相似的微结构尺寸。相似地，随着金属盐溶液浓度的增加，水凝胶的体积先快速增加，然后缓慢降低。尽管最终得到的水凝胶体积明显“长大”，其力学性能却显著增强。这项研究为聚电解质水凝胶网络在金属离子溶液中的行为提供了新见解。

让我们从传统技术开始，您可能熟悉这些技术，流变仪和DMA，广泛用于机械测试。我们都同意它们都是伟大的技术，但它们在软物质材料方面存在一些主要限制： 1.软组织或易碎样品可能在测试后被破坏，甚至无法测试； 2.保持样品无菌是很困难的； 3.需要高水平的专业知识来运作，对操作人员有依赖性； 4.难以获得一致和可重复的数据； 5.无法测量凝血材料对血液的影响、无法测量形状各异的器官、3D打印支架的粘弹性等等。EB粘弹性分析技术就为突破传统技术的局限而设计的，主机小巧紧凑，可以放入洁净台或者培养箱中，通过无线连结的平板控制和采集数据，采用可拆卸的样品架和独特的专利技术，允许样品存储重复长期测量，更加智能的软件分析系统，结合AI的智能分析，使得测量模式从基于数据的实验科学转变为数据驱动的预测科学。 2022年12月28日将由2位嘉宾为我们带来相关应用介绍、技术分享，难点答疑！会议日程（点此报名，免费参会） 时间报告题目嘉宾报告摘要10:00水凝胶材料的合成及其流变行为表征经鑫(湖南工业大学 教授)水凝胶是一类大量含水的三维网络结构的聚合物材料，在药物释放、生物医用、组织工程等领域应用广阔。采用流变学手段表征了水凝胶材料的凝胶化过程及其流变行为，利用流变学手段探索了水凝胶的线性粘弹性等剪切特性，建立了凝胶流变特性与其微观结构及宏观力学性能之间的关系，探究了其在组织工程领域及柔性传感领域的应用。10:40水凝胶和软物质粘弹性的测量新技术刘兵 昇科仪器(上海)有限公司 经理EB粘弹性分析仪是一种新型的粘弹性分析技术，解决了传统流变和DMA在测量软物质生物材料方面面临的挑战，在水凝胶、组织工程、类器官、3D打印、凝血材料和高吸水材料领域已发展出非常成熟的应用，通过全球领先研究机构、大学和公司等的严格测试、批准和采用！ 【点击下方图片，免费报名参会】

近期，中科院合肥物质院固体所高分子与复合材料研究部田兴友和张献研究员团队联合郑州大学杨艳宇副教授等，利用镓铟合金( EGaIn)引发聚合，并作为柔性填料，构建了一种可用于人机交互和红外伪装的超拉伸、自愈合的 LM/PVA/P(AAm-co-SMA)双网络水凝胶。相关结果发表在 Materials Horizons 上。 　　水凝胶是一种具有三维网络结构的软材料，通过引入离子、导电聚合物和导电填料，可获得导电水凝胶。但是，由于导电聚合物共轭结构的固有刚性、导电填料与水凝胶基体的不相容性，以及盐析效应，目前大多数导电水凝胶的机械性能较差，如韧性低、抗拉强度低、自恢复和自愈合性能不理想，大大限制了水凝胶的应用领域。 　　镓铟合金(EGaIn)作为一种熔点接近或低于室温的液态金属(LM)，可以通过超声波分散制备成EGaIn微球，用作纳米填料。与其他刚性纳米填料不同，它们可以适应聚合物基体的变形，从而有效地增韧聚合物。此外，EGaIn中的镓(Ga)可以引发乙烯基单体发生自由基聚合。Ga3+能够与羧基、羟基进行配位，形成动态牺牲键，用于耗散能量。因此，镓基液态金属具有改善聚合物基体机械性能的潜力。 　　鉴于此，研究人员利用镓铟合金( EGaIn)引发聚合，同时作为柔性填料，构建了一种超拉伸和自愈合的 LM/PVA/P(AAm-co-SMA)双网络水凝胶。刚性的 PVA微晶网络和韧性的 P(AAm-co-SMA)疏水网络的协同作用，以及聚合物网络之间的离子配位和氢键(多重物理交联)，赋予了 LM水凝胶优异的超拉伸性( 2000%)、韧性( 3.00 MJ/ m3)、抗缺口性和自愈性(室温 24 h愈合效率大于 99%)。 LM水凝胶表现出敏感的应变感应行为，可用于人机互动以实现运动识别和健康监测。另外由于 EGaIn具有良好的光热效应和低红外发射率， LM水凝胶在红外伪装方面显示出巨大的应用潜力。 　　合肥物质院张献研究员和郑州大学杨艳宇副教授为文章的共同通讯作者，硕士生李宵飞为论文第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金、合肥物质院院长基金的支持。图 1. 液态金属水凝胶的机械性能表征。图 2. (a) 压力传感器的原理图； (b, c) 在压力传感器上写 "CAS " 和 "USTC " 时的电阻变化； (d) 人机交互系统的示意图； (e) 戴着人机交互手套的志愿者打开他的手指， LED 屏幕显示数字 "5" ； (f) LM 水凝胶制备的人机交互手套根据志愿者手指的弯曲情况显示数字。

美国卡内基梅隆大学和中国香港中文大学的研究人员开发了一种能利用各种材料创建超高分辨率、复杂3D纳米结构的策略。研究成果近日发表在《科学》杂志上。研究团队此次开发的新技术，为微加工领域的长期挑战找到新的解决方案：一种将可印刷纳米设备的尺寸减小到几十纳米长、几个原子厚的方法。他们的方案与传统的被称为膨胀显微镜的方式相反，他们在水凝胶中创建材料的3D图案，并将其缩小以获得纳米级分辨率。一般3D纳米级打印机聚焦激光点以连续处理材料并需要很长时间才能完成设计，而研究人员开发的飞秒投影双光子光刻技术，能改变激光脉冲的宽度以形成图案化的光片，从而使包含数十万个像素的整个图像在不影响轴向分辨率的情况下立即打印。该方法比以前的纳米打印技术快1000倍，并可能导致具有成本效益的大规模纳米打印用于生物技术、光子学或纳米设备。研究人员引导飞秒双光子激光修改水凝胶的网络结构和孔径，为水分散性材料创建边界，然后将水凝胶浸入含有金属、合金、金刚石、分子晶体、聚合物或钢笔墨水等纳米颗粒的水中。纳米材料被自动吸引到水凝胶中的印刷图案上并完美组装。随着凝胶收缩和脱水，材料变得更加密集并相互连接。如果将打印的水凝胶放入银纳米颗粒溶液中，银纳米颗粒会沿着激光打印的图案自组装到凝胶中。随着凝胶变干，它可收缩到原来大小的1/13，使银密度足以形成纳米银线并导电。

墨水直写3D打印是一种应用广泛的增材制造技术，该方法依赖的墨水成分选择空间大并且制造成本相对低廉。然而，墨水直写方法受制于低打印分辨率，在打印高分辨率的三维结构方面十分困难。水凝胶是一个高度溶胀的高分子网络，失水时可以产生巨大的体积变化，利用三维水凝胶结构的体积收缩来制造微型结构是一个可选的方案。此外，墨水直写方法在打印具有复杂悬空结构时同样面临着挑战，常用的策略是后期将目标材料灌入打印的牺牲模板中来间接制造复杂三维结构。最近的研究工作集中在光固化牺牲模板上，但是去除这些模板一般需要高温处理或有毒溶剂，极大地限制了可灌注的目标材料种类。 　　近日，中国科大俞书宏院士团队报道了一种提升墨水直写3D打印技术分辨率的方法，该方法是基于一种可打印水凝胶(卡波姆凝胶)的可控收缩特性。研究人员通过引入分子链间的共价键交联赋予了水凝胶干燥后均匀收缩的特性，3D打印水凝胶结构的体积可收缩至原先的0.5%，提升了墨水直写3D打印技术的制造分辨率。此外，研究人员利用该水凝胶体系预先打印牺牲模板，而非将目标材料墨水直接纳入打印墨水体系，无需对目标墨水的流变性能进行重新设计，拓展了可制造材料的种类。该研究成果以“Controlled desiccationof preprinted hydrogel scaffolds toward complex 3D microarchitectures”为题发表在Advanced Materials上。我校博士生崔晨为论文的第一作者，俞书宏院士和高怀岭教授为通讯作者。 　　为了提高墨水直写3D打印技术的打印复杂度和打印分辨率，研究人员利用具有可控收缩特性的水凝胶微粒作为牺牲模板的墨水，打印的水凝胶牺牲模板在受控干燥后体积收缩了99.5%(图1g)，成功制造了具有亚毫米分辨率的复杂三维结构(以双螺旋结构为例)。研究表明，水凝胶中的分子间共价交联是实现水凝胶均匀收缩的关键因素之一。研究人员测试了多种交联方式的水凝胶，验证了该策略的普适性。图1 可控收缩水凝胶通过墨水直写3D打印制备牺牲模板，打印结构经过自然干燥，在保持原先结构的前提下体 积大大减小，由此提升了制造分辨率 　　为了进一步研究牺牲模板中孔道的几何各向异性对收缩均匀性的影响，研究人员分别打印了具有水平和竖直圆柱形孔道的支架。水平和竖直孔道截面的重叠系数分别为0.94和0.95，表明了孔道结构收缩前后的高形状保持率和水凝胶支架在三维空间的均匀收缩(图2a)。为了探索水凝胶的最大收缩倍数，使用氢氧化钠中和的卡波姆凝胶分别实现了在水平方向上5.95倍、在竖直方向上5.32倍的均匀收缩(图2b)。 　　研究人员进一步设计了一个具有三维导电通路的逻辑电路和磁性微型机器人作为概念验证。可控收缩的3D打印水凝胶在干燥后构成了微电路支架，注入的液态金属EGaIn构成了内部的导电通路。Micro LED被固定在立方体电路的五个表面上，通过连接底部不同的触点对，Micro LED会被依次点亮(图2g)。利用可控收缩的3D打印水凝胶作为牺牲模板还制造了特征尺寸为90微米的磁性微型机器人。在可控磁场的作用下，该微型机器人具有良好的旋转和运动功能。 图2 水凝胶牺牲支架中孔道的几何各向异性对均匀收缩的影响及制造的三维电路器件 　　研究人员利用可打印水凝胶的可控收缩特性提升了墨水直写3D打印技术的制造分辨率和结构复杂度。未来，水凝胶辅助3D打印方法将为解决三维微纳制造的经济性和灵活性问题提供新的思路。 　　该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省高校协同创新项目、中央高校基本科研专项资金等资助。

在自然界中生物能够对外界刺激做出反应并产生特定的形状变化，这种响应行为对生物体的生存和繁衍至关重要。在众多材料中，水凝胶因其模量适中，刺激响应条件多样以及生物相容性好等因素而引起了广泛关注。随着仿生学以及材料科学的发展，能够感知和响应外部刺激的智能水凝胶致动器在软体机器人、传感和远程操控等领域显示出良好的应用前景。目前，微加工技术已经将响应型水凝胶致动器的尺寸缩小到微米级。然而，如何在微尺度下构建能够对复杂的微环境进行多重响应的水凝胶微致动器仍然是一个挑战。 　　近日，中国科学院理化技术研究所研究员郑美玲团队在双刺激协同响应的水凝胶微致动器的研究工作中取得进展。团队通过非对称飞秒激光直写加工制备了一种双刺激协同响应的水凝胶微致动器。该水凝胶微结构对pH/温度的双重协同响应是通过添加功能单体2-(二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯实现的。通过水凝胶微结构的拉曼光谱分析，解释了不同pH和温度下协同响应的产生机制，并且展示了由pH或温度控制的聚苯乙烯微球的捕获。该研究为设计和制造可控的微尺度致动器提供了一种策略，并在微机器人和微流体中具有应用前景。研究成果发表于Small 。 　　飞秒激光直写加工技术由于具有超高的空间分辨率、三维加工能力和无需实体掩膜等特点，被广泛用于制备各种三维微结构。研究人员利用含有功能单体的光刻胶，通过调整激光功率、扫描速度和扫描策略实现了具有不对称交联密度的双重响应水凝胶微结构的制备(图1)。 　　进一步地，研究人员制备了含有三个不对称微臂的微致动器来提高对不同环境的刺激响应能力。该微致动器由三个交联密度交替分布的微臂组成。为了更加方便地展示水凝胶微致动器在不同温度及pH条件下的可控性，研究还使用了直径10微米的聚苯乙烯微球作为目标颗粒在不同条件下进行捕获(图2)。 　　此外，研究人员还描述了一种具有双刺激协同响应特性的微致动器(图3)，其具有的更为丰富的形状变化是由温度升高时的氢键断裂与酸性条件下叔胺基的质子化同时作用产生的。该研究提出的双重刺激协同响应特性相较于单一响应刺激赋予了微制动器更大的可操控性，这一特性使其在微操纵和微型软体机器人方面具有潜在应用。图1 双刺激协同响应型水凝胶微致动器的制备与响应机制图2 双重刺激响应型水凝胶微致动器的捕获行为图3 水凝胶微致动器的双重刺激协同响应特性

客户：浙江理工大学；机器：富睿捷2.5L(-55℃)；客户样品：纤维素气凝胶（水溶剂）。

传感技术是现代信息产业的支柱之一。由软材料构建的柔性传感器件可作为传统硬质传感器件的重要补充，在可穿戴传感、智慧医疗、软机器人、人机交互等领域具有重要的应用价值。得益于离子导电凝胶材料良好的生物相容性、力学匹配性和类生物导电机制，离子导电凝胶被认为是最有发展潜力的柔性传感材料之一，在运动感知、健康监测、通讯交流等领域得到广泛研究。然而，由于凝胶网络本征的亲水特点，传统离子导电凝胶传感材料在水环境中缺乏稳定性，无法应用于包括海洋在内的各类水环境中。而海洋与陆地一样，是人类的重要活动空间，尤其是随着海洋开发战略的推进，发展海洋传感材料成为迫切的需求。因此，解决离子导电凝胶材料的海洋稳定性问题，发展适用于海洋环境的高性能凝胶传感器件对于海洋活动具有重要意义。近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队研究员陈涛和博士魏俊杰，致力于离子导电凝胶基智能传感材料的研究，并利用疏水界面对水分子和导电离子的扩散屏障功能实现了导电凝胶材料的水下多功能传感应用。然而，含盐海水的高导电性会对离子凝胶传感器的传感性能产生明显的抑制作用，导致离子导电凝胶的海洋传感性能存在不足。对此，该团队近期在疏水界面结构的基础上，进一步利用质子导电机制和盐诱导解离效应设计了在海水环境中具有盐适应能力的离子液体凝胶材料，实现了海洋传感应用。如图所示，该工作合成了一种同时含有亲水链段（接枝有磺酸基团-SO3-和季铵根基团-N(CH3)3+）和疏水链段的聚合物Proton Conductive Material（简称PCM），并将其引入到由疏水单体（MMA）和疏水离子液体（[BMIm]PF6）构建的耐水性离子导电凝胶中。聚合物PCM中的疏水链段可以使其在疏水凝胶中具有良好的相容性，而亲水链段中的两性离子基团可促进离子液体发生解离，提高凝胶中的自由离子含量。此外，-SO3-与[BMIm]+的静电作用为质子提供了迁移通道，在离子导电凝胶中形成了特殊的质子导电机制，进一步提高了凝胶的导电性，为改善其在高导电性海水中的传感性能奠定了基础。[BMIm]+-Cl-的作用强度高于Na+-Cl-和[BMIm]+-PF6-的作用强度，因此海水中的盐能够对凝胶中的离子液体产生诱导解离作用，使凝胶的导电性随着盐含量的增大而提高，即导电能力的盐适应性增强。这种盐适应导电增强能力使得凝胶传感器的传感灵敏度不会因为高盐含量海水的高导电性而受到削弱，反而展现出远超空气环境和纯水环境的传感性能。基于这种特性，该盐适应离子导电凝胶被应用于潜水人员的呼吸监测、运动感知、海下信息通讯以及海洋机器人的动作识别等海洋传感领域，展现出良好的传感性能。这一盐适应凝胶传感材料初步满足了海洋应变传感需求，为未来进一步构建高灵敏、多模式海洋传感材料提供了设计思路。相关研究成果以Salt-Adaptively Conductive Ionogel Sensor for Marine Sensing为题，发表在Small（DOI:10.1002/smll.202305848）上。研究工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、宁波市重点研发计划和宁波市自然科学基金等的支持。导电凝胶的盐适应结构与海洋传感应用

自愈导电水凝胶的开发对于电活性神经组织工程至关重要。典型的导电材料如聚吡咯（PPy）通常用于制造人工神经导管。此外，组织工程领域已经朝着透明质酸（HA）水凝胶等产品的使用方向发展。尽管HA修饰的PPy薄膜可用于各种生物应用，但细胞-基质相互作用机制仍然知之甚少。此外，还没有关于HA修饰的PPy注射自愈水凝胶用于周围神经修复的报道。　　近日，南通大学科研团队用HA、胱胺（Cys）和吡咯-1-丙酸（Py-COOH）构建了一种具有可注射性、生物可降解性、生物相容性和神经再生能力的自修复导电水凝胶（HASPy）。该水凝胶直接靶向白细胞介素17受体A，主要通过激活白细胞介素17信号通路来促进与雪旺细胞髓鞘形成相关的基因和蛋白质的表达。科研人员将水凝胶直接注射到大鼠坐骨神经挤压损伤部位，以研究其体内神经再生的能力，并发现其可促进功能恢复和髓鞘再生。这项研究可能有助于理解细胞-基质相互作用的机制，并为HASPy水凝胶作为神经再生先进支架的潜在用途提供新的见解。该研究论文发表在《先进科学》（Advanced Science）上。

水凝胶是一类能保持大量水分且具生物相容性的三维结构凝胶，部分水凝胶还可对 pH 值、温度、电场和光有独特响应并产生物理化学结构的变化，从而在智能传感器、生物工程和软体机器人等领域广泛应用。[penny1] 近年来，水凝胶也开始应用于太阳能驱动的水蒸发、脱盐、水净化和消毒以及太阳能驱动的水-电-氢发电等领域。有报道指出，通过调节聚合物网络与水分子之间的相互作用，水凝胶太阳能蒸发器（SVG）可在一个阳光下[penny2] （光强度约1000 w m-2）达到相当高的水蒸发速率。由于蒸发发生在水凝胶界面，合理设计蒸发材料表面微结构对于太阳能水蒸发尤为重要。为了制造出复杂三维结构的水凝胶功能器件，基于立体光刻的微型 3D 打印方法越来越受欢迎。近期，哈利法大学的张铁军教授团队提出了一种新型的三维功能化水凝胶器件制备方法。该团队利用新型微立体光刻技术（nanoArch S130，摩方精密）实现了水凝胶的高精度3D打印，并将金属盐离子引入到水凝胶单体混合物p(NIPAm-co-PEGDA)中，最终获得具有高吸光性能的含氧化铁纳米颗粒 (Fe3O4 NPs)水凝胶太阳能蒸发器。该制备方法成功解决了3D打印复合材料中的多重问题，例如不均匀的颗粒分布、团聚、固化光的散射及其带来的打印质量和分辨率恶化。利用该方法制成的复合水凝胶结构表现出了优异的光吸收性能和快速毛细力水传输性能，在非聚光情况下实现了 5.12 kg m-2 h-1 的超高水蒸发率。相关成果以“Direct solar vapor generation with micro-3D printed hydrogel device”为题发表在《EcoMat》期刊上。 图1. (a)基于3D 打印的含金属纳米颗粒水凝胶NPH复合材料的 SVG 装置示意图。（b）在水凝胶PEGDA泡沫和互连的微通道网络内毛细力驱动的水输运。 (c) 用 Fe3O4 纳米颗粒加强SVG蒸发表面的光吸收能力。 该研究中，含金属纳米颗粒的水凝胶(NPH)太阳能水蒸发器装置如图 1(a) 所示，它包含两个主要组件：(i) 3D 打印的NPH各向异性结构，蒸发表面具有 Fe3O4 纳米颗粒，用以增强太阳能吸收，而底部层则嵌入了使用 NPH 打印的互连微通道； (ii) 作为毛细材料的超亲水 PEGDA 泡沫和微通道网络（微通道宽为250 µm）。团队成员使用面投影微立体光刻技术（nanoArch S130, 摩方精密）完成器件的制备。为了通过微型 3D 打印技术制造 NPH 太阳能水蒸发器，该团队制备了两种打印材料配方。基础配方是一种光固化/温度响应型 NPH 水凝胶。一旦固化后，单体会交联产生一个微型多孔表面 （孔径为 5±0.8 µm），如图 2 中的扫描电子显微镜 (SEM) 图像所示。为了将 Fe3O4 纳米颗粒混入水凝胶交联网络中，团队首先将金属盐 Fe(NO3)3 和 FeCl2 混入水凝胶打印材料的基础配方中，打印完成后，将器件置入碱性条件下， Fe3+ 和 Fe2+ 会共沉淀形成Fe3O4 纳米颗粒。由此，最终制备的NPH器件表面呈漆黑色，反映了薄膜较强的光吸收能力。在日常阳光照射下，该NPH器件的水蒸发速率约为 5.12 kg m-2 h-1。这种超高的蒸汽生成率与 Fe3O4 纳米颗粒诱导的水凝胶网络内的润湿性转换和水活化能力有关。为了进一步研究该装置的整体稳定性，该团队还在不同强度的太阳辐射和盐水（3.5 wt% NaCl溶液）下进行了一系列实验。与最初的实验结果一致，3D 打印的 NPH 水凝胶装置在 500、1000 和 1500 W m-2 的模拟太阳强度照射下表现出了显著的蒸发速率，分别为 3.96、5.12 和 6.48 kg m-2 h-1 ，分别如图 3 所示。与先前报道的基于水凝胶的材料相比，该工作提出的NPH蒸发器表现出超高效的太阳能水蒸发能力，在太阳能污水处理和海水淡化方面具有巨大应用潜力。 图2 3D 打印的NPH水凝胶的微观形貌表征。（a-b） NPH 水凝胶和 Fe3O4 纳米颗粒的低倍和高倍 SEM 图像。 (c) 纯 NPH 水凝胶和具有 Fe3O4 纳米颗粒 的 NPH 水凝胶的 FTIR光谱。 (d) NPH水凝胶内 Fe3O4 纳米颗粒的 XRD 谱。 图 3. (a) 在 120 µm 和 1 mm 的薄膜厚度下，含 Fe3O4 颗粒的 NPH 水凝胶的 UV-Vis-NIR 吸收光谱。 (b) 当水凝胶周围的水被加热时，用光学显微镜捕获的 3D 打印的 NPH 水凝胶的温度响应。 (c) 纯NPH水凝胶和含Fe3O4 颗粒的 NPH 水凝胶的接触角及其温度的影响。 (d) 水在含Fe3O4 颗粒的 NPH 水凝胶内的 DSC 热流信号图 4. 3D 打印的 NPH 水凝胶器件的太阳能水蒸发性能。 (a-b) 在非聚光情况下， 3D 打印的 NPH 水凝胶装置的水蒸发速率。 (c) 3D 打印的 NPH 水凝胶装置在不同太阳强度照射下的水蒸发速率。插图为相应的红外图像，显示了太阳能吸收表面的温度分布。 (d) 3D 打印的 NPH 水凝胶器件的性能稳定性实验。 (e) 3D 打印的 NPH 水凝胶器件用于太阳能海水（3.5 wt% NaCl 水溶液）蒸发时的蒸发速率。 (f) NPH水凝胶器件 的蒸发速率与已有文献报道的数值比较。 原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/eom2.12157

葡聚糖凝胶简介月旭科技的交联葡聚糖产品名是Tandex，Tandex不溶于水，但有较强的亲水性，能迅速在水和电解质溶液中吸水膨胀，而且在碱性环境中比较稳定，所以用适当浓度的碱液（一般为0.2mol/L）可除去吸附在凝胶上的污染物。Tandex G是由葡聚糖和3-氯-1,2-环氧丙烷（交联剂）以醚键交联形成的具有三维多孔网状结构的高聚物，其交联度由交联剂的百分比决定。Tandex G的种类主要有：G10、G15、G25。G后面的阿拉伯数字表示每克干胶吸水量（g水/g干胶）的10倍。例如：Tandex G25表示该凝胶在吸水膨胀时每克干胶能吸水2.5g。G反映凝胶的洗水量、排阻极限及分离范围。例如：Tandex G10的网孔结构紧密，孔径小，吸水率低，排阻极限小，只能分离分子量较小的物质；而Tandex G25的孔径大，吸水率高，可分离分子量较大的物质。因强氧化剂和强酸可使Tandex中起交联作用的糖苷键水解断裂，所以在使用时要防止其与强氧化剂和强酸接触。在中性条件下，Tandex悬浮液可进行高温煮沸溶胀和消毒，其性质不受影响。在Tandex G25中加入亲脂性的羟丙基基团，形成烷基化葡聚糖凝胶Tandex LH型。它是一种同时具备吸附性和分子筛功能的独特凝胶介质，型号是Tandex LH-20，适用于有机溶剂洗脱，分离脂溶性物质，具有高处理量，可分离结构非常相近的分子，而且分离效果好。Tandex G系列葡聚糖凝胶产品性能Tandex LH-20产品性能

水凝胶具有类似于细胞外基质的理化性质，具备良好力学性能、自愈合能力和响应性，可用于构建组织再生的微纳米仿生结构，并提供微米尺度的表面形态来调节细胞行为，如细胞粘附、迁移或生存增殖分化因子的释放。因此，水凝胶被广泛应用于组织工程和药物递送等领域。然而，制备高精度的三维(3D)任意生物相容性水凝胶支架颇具挑战性。为了适应未来生物医学领域的发展，亟需开发具有精细3D几何结构的新型水凝胶材料。 　　近日，中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室研究员郑美玲团队在《ACS应用材料与界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)上，发表了题为22 nm Resolution Achieved by Femtosecond Laser Two-Photon Polymerization of a Hyaluronic Acid Vinyl Ester Hydrogel的研究成果。该研究提出了真3D高精细任意可设计拓扑结构调控单细胞的新策略。 　　科研人员采用飞秒激光双光子聚合技术，以乙烯基酯透明质酸(HAVE)水凝胶作为单体材料，P2CK作为高效水溶性双光子引发剂，二硫苏糖醇(DTT)作为硫醇-烯点击化学交联剂和PBS缓冲溶液配制了HAVE前驱体，通过配方优化和激光焦点调控在水凝胶结构分辨率上取得了重要进展即最高分辨率达22 nm，制备了与细胞尺寸相当的水凝胶3D微支架并验证了材料与结构的生物相容性，表明HAVE水凝胶细胞支架可进一步用于研究细胞迁移和操作等行为。 　　该团队开展了配方优化实验，通过改变单体和引发剂的质量比及控制硫醇-烯官能团比例筛选出溶解性好、易于加工和聚合性能良好的HAVE前驱体配方。 　　在几十纳米尺度的分辨率中，体素相对于基底的位置是不可忽略的影响因素。为了进一步提高结构分辨率，该团队根据激光焦点体素理论调控焦点与基底相对位置从而获得更高分辨率的线结构。如图2所示，大功率激光焦点光斑明亮，且体素体积较大，不易得到最佳焦点位置，而小功率激光焦点光斑较弱，体素体积更小，更易获得最佳焦点位置，基于此方法获得了更高分辨率的线结构。 　　通过上述配方优化和焦点调控，科研人员开展了HAVE前驱体C配方的分辨率研究。当扫描速度为6 μm/s时，线结构的质量得到了显著提高(图3a)，结构完整致密。研究利用HAVE前驱体C配方实现了22 nm的分辨率(图3c)。 　　进一步，研究对HAVE前驱体配方进行了3D水凝胶微结构的双光子聚合加工，利用原子力显微镜测量了3D细胞支架的杨氏模量，平均值94 kPa接近体内组织的力学性能。研究对配方中水溶性引发剂P2CK和3D细胞支架进行了生物相容性测试，验证了该材料和结构具有良好的生物相容性。 　　综上，该团队全面研究了HAVE水凝胶光刻胶的双光子聚合性能，通过优化光刻胶前驱体的配方和调节焦点位置获得了22 nm的特征线宽，并验证了材料和3D水凝胶细胞支架的生物相容性。本研究提出的方案，有望创建复杂的生物相容性3D水凝胶结构，并探索其在个性化微环境调控、组织工程、生物医学和仿生科学领域的潜在应用。 　　上述成果是该团队前期一系列仿生水凝胶工作的拓展。研究工作得到国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、国家自然科学面上基金、中国科学院国际伙伴计划等的支持。图1.3D水凝胶的制备示意图表1 A-E系列HAVE前驱体配方优化及性能比较图2.体素形态和相对基底位置对大功率变化(a)和小功率变化(b)聚合线结构分辨率的影图3.HAVE前驱体C配方双光子聚合性能研究图4.A和C配方制备的3D细胞支架结构的SEM对比图以及水凝胶支架上共培养L929细胞的共聚焦荧光显微镜图像

进入21世纪，人口的爆炸性增长加速了能源的消耗，进而引发了不必要的能源危机，甚至出现了严重的极端天气。其中，基于空调的空间制冷和供暖等是能源消耗的重要组成部分之一，每年约占全球能源消耗的12%。在发达国家，建筑系统能耗的占比甚至提高到40%以上。尽管已经采用了传统的隔热材料和相关的加热-冷却设备，但是目前迫切需要的是开发具有非能耗或者低能耗的新型热调节材料和技术。 　　其中，辐射调节被认为是一种直接、高效、有前途的方式，通过吸收输入的阳光调节内部环境温度，进而实现节能。辐射调节在很大程度上取决于物理/化学改性和合成的材料、合理的结构设计和有效的功能配合。然而，生物相容性和多功能性对材料要求非常高。同时，复杂的制备工艺和多层结构设计也限制了辐射调控材料的发展及其应用。为此，合理设计和制造热调节材料至关重要，它可以通过可调节的物理或化学结构显著提高冷却或加热性能。 　　之前的工作中，已经通过反向聚合在织物表面设计了由聚吡咯和全氟十二烷基三乙氧基硅烷组成的超疏水仿生类黑素体分级纳米球织物，实现了人体热管理温度调节和光热蒸发应用(Nano Lett. 2022, 22, 9343-9350)。但是在材料稳定性和季节适应性温度调节方面仍有不足。基于此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队陈涛研究员、肖鹏副研究员通过免冻干的方法，设计了由光热MXene-CNF层和CNF层组成的Janus结构气凝胶(JMNA)，该气凝胶能够实现可切换的热调节，将被动辐射冷却和加热集成到一个材料系统中，以适应多变的环境。 　　基于良好的机械性能，Janus气凝胶可用作季节适应性辐射热调节的智能屋顶。当CNF层暴露于外部环境时，外层高反射率和内层低红外发射率的结合使得夏季能够有效地进行被动辐射冷却。为了应对寒冷的冬季，MXene-CNF层可被用作外层，有效将阳光转化为可观的热能。产生的热量可以通过CNF层高红外发射率进一步传递到内部环境，从而产生显著的被动辐射加热。Janus结构气凝胶简单的制造方法和合理设计为开发可扩展的气候适应性热调节材料提供了一条替代途径。 　　该工作以“Engineering Structural Janus MXene-nanofibrils Aerogels for Season-Adaptive Radiative Thermal Regulation”为题发表在Small,2023,2302509(DOI：10.1002/smll.202302509)。本研究得到了国家自然科学基金项目(52073295)、中国科学院青年创新促进会(No.2023133)、宁波市科技局项目(2021Z127)、国家自然科学基金委中德交流项目(M-0424)、宁波市公益性科技计划项目(2021S150)及中科院王宽诚国际交叉团队(GJTD-2019-13)等项目的资助。

柔性导电水凝胶应用广泛，如监测人体运动、检测健康状况、促进人机界面以及为软机器提供动力。然而在在极低地区超低温的环境下，传统的水凝胶不可避免地面临着机械性能同电学性能同时奔溃的糟糕状况。当温度下降到冰点以下时，传统水凝胶网络内流动的自由水结晶，胶体的流动性受到限制，同时功能基团失活，许多水凝胶的性能大大降低。因此，传统水凝胶传感器在低温下的应用范围受到了限制。受天然贻贝粘合机制的启发，中国水产科学研究院吴立冬研究员团队设计了一种聚多巴胺-聚丙烯酰胺-氯化锂（PPL）水凝胶，与传统水凝胶不同，PPL水凝胶在零下60°C也能保持强大表现，为科研探险提供了全新可能。它拥有三大关键特性，一是极低温抗冻性： PPL水凝胶在寒冷条件下展现出色，为科研、医疗和探险提供了新的可能性。二是高导电性：导电性在室温（384 S m-1）和零下40°C（26 S m-1）都能维持在可观的水平，为电子设备在寒冷地带的稳定运行提供了支持。特性三：强大的表面粘附力：表面粘附力高达68.8 kPa，确保在恶劣条件下的牢固粘附，应对各种极端环境。PPL水凝胶传感器精确测量人体关节运动，为寒冷环境中的医疗监测提供创新解决方案。同时，利用PPL水凝胶传感器进行信息传输，通过摩尔斯电码实现加密，为通信领域带来了全新的安全标准。PPL水凝胶在极端条件下表现出色，更是有望推动在极端条件下软机器人领域的进一步发展。研究成果在线发表Sensors and Actuators A: Physical杂志，题目为“Polydopamine-triggered adhesive and conductive hydrogel for Morse code communication at polar environments”。论文通讯作者为中国水产科学研究院吴立冬研究员，孙蒙蒙硕士为论文的第一作者。此项工作得到了国家自然科学基金（22176221）、中央级公益性科研经费（CAFS：2022A004 和 2020TD75）等项目的支持。文章链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924424723006623

近年来，柔性电子在可穿戴设备、电子皮肤等众多应用中扮演着越来越重要的角色，以水凝胶为基质设计的柔性电子由于其良好的导电性、柔性以及生物相容性等特点受到广泛的关注，在柔性传感器、柔性能源器件及人机接口等方面表现出广阔的应用前景。面投影微立体光刻3D打印技术（PμSL）可快速制造并成型任意形状和定制设计的结构，为以水凝胶基质设计的柔性电子器件的制造提供了灵活性和简便性。结合3D打印技术，并对水凝胶进行诸如超抗冻、超拉伸、导电等性能设计，在一定程度上拓宽了水凝胶的功能和应用范围。近日，湖南大学王兆龙助理教授、段辉高教授与上海交通大学郑平院士等人合作，该团队基于摩方精密（BMF）超高精度光固化3D打印机nanoArch S/P140，开发了一种能够耐受-115℃极高导电能力的水凝胶体系，实现了极低温条件下的可穿戴设备运动信号检测及脑电信号高精度采集。文章以“3D Printed Ultrastretchable, Hyper-Antifreezing Conductive Hydrogelfor Sensitive Motion and Electrophysiological Signal Monitoring”为题发表在Research（Volume 2020 |Article ID 1426078）上。其中，王兆龙助理教授及硕士研究生陈雷为共同一作。基于面投影微立体光刻技术制造水凝胶结构，首先，作者通过计算机辅助设计（CAD）软件生成的3D模型按照特定层厚切片为一系列平行的二维数字图像，然后，这些切出来的2D图案被传输到DMD芯片上，DMD芯片通过2D图案的形状调节其上照射的紫外光（LED，405nm）。具有相应定义的2D图案的成形紫外光通过一个缩小透镜，该透镜将2D图像投影到具有缩小特征尺寸的水凝胶前体溶液上。图案化的紫外光照射将会使水凝胶前体溶液在相应区域发生局部聚合反应并成型附着在打印平台上。再控制降低打印平台，紫外光投影照射继续打印下一层。这个过程反复进行，直到整个水凝胶结构被制造出来（图1）。研究者引入亲水性的三元醇作为光引发剂TPO-L的良性溶剂，将不溶于水的TPO-L均匀分散在水中，提高光引发剂引发效率，结合光固化3D打印nanoArchS/P140设备的离型膜的快速离型，大大提高水凝胶的光固化速度；利用纳米羟基磷灰石与水凝胶高分子链之间形成强烈的物理作用，从而提高3D打印水凝胶的拉伸性（2500%），并进一步提高其机械强度；三元醇和高浓度离子盐的协同作用赋予了水凝胶极佳的导电性和抗冻性（-115℃左右），3D打印水凝胶在极低温情况下仍然能够完成拉伸、弯曲和扭转的动作，并具有一定的低温导电性（图2）。图1 基于面投影微立体光刻技术的水凝胶加工过程图2 水凝胶的力学、电学和抗冻性能设计优异的机械性能和良好的导电性能使其3D打印水凝胶能够作为应变传感器用于识别包括手指弯曲、发声及吞咽等人体运动信号（图3）；水凝胶还可作为柔性电极检测和采集诸如人睁、闭眼时的脑/眼电信号（EEG/ EOG），当志愿者在闭上眼睛并放松时，脑电信号显示出明显的α波（8~13Hz），当志愿者睁开眼睛并积极思考时，脑电α波即刻消失并逐渐向β波（14~30Hz）方向移动。与当前最精确的传统脑电信号采集装置对比实验表明，新体系水凝胶可以准确采集大脑中的脑电信号，反映大脑活动的整体信息，显示出在人机交互，特别是低温领域的脑机接口等方面的应用潜力（图4）。图3 柔性应变传感器应用图4 水凝胶柔性电极脑机接口应用总而言之，本研究基于面投影微立体光刻技术，引入亲水性的三元醇作为光引发剂TPO-L的良性溶剂，利用纳米羟基磷灰石提高拉伸性，并结合高浓度的离子盐和三元醇作为导电介质和抗冻剂，使得所开发的水凝胶体系具有优异机械、导电和抗冻性能，并且可作为柔性应变传感器实现对人体运动和微弱信号的实时监控，同时可进一步用作脑机接口，准确采集大脑中的脑电信号，包括α、β波以反映大脑活动的整体信息。本文提出的水凝胶在电子皮肤、人机交互甚至极低温情况下的可穿戴设备中具有良好的应用前景。未来，微尺度3D打印技术的加入使得复杂3D结构多功能柔性电子和复杂脑机接口的快速制造成为可能。原文链接：https://spj.sciencemag.org/journals/research/2020/1426078/

实验概要本文介绍了电泳后主要的凝胶染色方法，包括：标准考马斯亮蓝染色法、快速考马斯亮蓝染色法、凝胶铵银染色法、凝胶中性银染色法及凝胶铜染色法。实验步骤1. 标准考马斯亮蓝染色法 1) 电泳后，将凝胶转入一洁净的玻璃或塑料容器中。加入5倍于凝胶体积的0.25%考马斯亮蓝R-250(溶解于50%甲醇和10%乙酸中)； 2) 室温下振摇温育4h至过夜； 3) 去除染色液，收集保存可重复使用20-40次； 4) 依次在25%甲醇和7.5%乙酸中室温振摇下脱色。灵敏度为0.1-0.5ug蛋白／每条带。注：使用加热的染色液或脱色液可以缩短染色或脱色时间。将染色液或脱色液在微波炉或水浴中加热，(大约50-60℃)，染色时间可缩短至20min,脱色时间约 1-2h。2. 快速考马斯亮蓝染色法 1) 电泳后，将凝胶转入一洁净的玻璃或塑料容器中。加入5倍于凝胶体积的0.25%考马斯亮蓝R-250(溶解于50%三氯yi酸中)； 2) 室温下振摇温育20min； 3) 去除染色液，收集保存可重复使用多次； 4) 加入数倍体积的脱色液(25%甲醇、7%乙酸)室温振摇下脱色。必要时可更换脱色液。灵敏度为1.0ug蛋白／每条带。3. 凝胶铵银染色法 1) 电泳后，将凝胶转入一洁净的玻璃或塑料容器中。加入5倍于凝胶体积的50%乙醇和10%乙酸，振摇30min至过夜； 2) 去除50%乙醇和10%乙酸，用去离子水清洗凝胶。加入20%乙醇, 室温振摇30min； 3) 去除20%乙醇，再加5倍体积的20%乙醇，室温振摇30min； 4) 去除20%乙醇，将凝胶转入通风柜内，加入5倍体积的用去离子水配制的5％戊二醛，室温振摇30min； 5) 去除戊二醛，用去离子水清洗凝胶。加入5倍体积的20%乙醇，室温振摇20min； 6) 去除20%乙醇，重复6两次； 7) 去除20%乙醇，用去离子水清洗凝胶。再加入5倍体积的用去离子水，室温温育１0min； 8) 去除去离子水，加入4倍体积新鲜配制的氨水／银溶液，室温振摇30min。配制100ml：加1.4ml 14.8mol/L氢氧化铵到100ml水中，再加入190ul 10mol/L氢氧化钠；放置涡旋器上缓缓加入１ml新鲜配制的硝酸银溶液(0.8g硝酸银／ml水)，直至出现沉淀物，但很快溶解。 9) 去除氨水／银溶液，用去离子水清洗凝胶20min以上，其间更换水数次； 10) 去除水，加入5倍体积新鲜配制的0.005%柠檬酸，0.019%的甲醛。轻柔混匀，数分钟内条带即显现出。当背景开始变化时，去除显影剂，用用去离子水清洗凝胶。在10%乙酸和20%乙醇中温育凝胶，以终止反应。灵敏度为1－10ng蛋白／每条带。注：操作时，应戴手套并使用洁净的玻璃器皿，以免污染，影响反应的灵敏度。4. 凝胶中性银染色法 1) 电泳后，将凝胶转入一洁净的玻璃或塑料容器中。加入5倍于凝胶体积的30%乙醇和10%乙酸，振摇30min至过夜； 2) 去除乙醇/乙酸溶液，加入5倍体积的30%乙醇, 室温振摇30min； 3) 去除乙醇，再加5倍体积的30%乙醇，室温振摇30min； 4) 去除乙醇，加入10倍体积的去离子水，室温振摇10min；重复用去离子水清洗两次； 5) 去除去离子水，加入4倍体积新鲜配制的0.1%硝酸银溶液(用室温下贮存于棕色瓶内的20%原液稀释而得)，室温振摇30min； 6) 去除硝酸银溶液，用去离子水清洗凝胶20s； 7) 去除水，加入5倍体积的2.5%碳酸钠和 0.02%的甲醛(pH4.0),室温振摇温育，数分钟内条带即显现出。当背景开始变黑时，停止温育； 8) 在1％乙酸内清洗，停止反映。用去离子水清洗，更换数次，每次10min 灵敏度为1－10ng蛋白／每条带。5. 凝胶铜染色法凝胶铜染色法为考马斯亮蓝或银染色法的替代染色方法。将凝胶氯化铜溶液中温育，在Tris和SDS同时存在时可形成明显的白色不透明的沉淀物。蛋白条仍然清晰，留下一个多肽分离模式的附染图象。由于蛋白质未结合在凝胶上，可通过EDTA去除Cu离子而得以洗脱，因而该方法特别适合需快速定位蛋白条带用于免疫反应，或进一步进行蛋白质化学研究。其染色模式如同考马斯亮蓝或银染色法的凝胶，易进行拍照。 1) 电泳后，凝胶用蒸馏水短时清洗数次，每次30s,勿洗过长时间； 2) 将凝胶转入一洁净的玻璃或塑料容器中。加入5倍于凝胶体积的0.3mol/L CuCl2； 3) 室温振摇5min，较厚的凝胶可适当延长时间。当CuCl2进入凝胶时，在不含蛋白的区域会出现白色沉淀； 4) 用蒸馏水清洗数分钟，在黑色背景下观察结果。灵敏度为10-100ng蛋白／每条带(0.5mm厚的凝胶)或１ug蛋白／每条带(１mm厚的凝胶)。注：将凝胶在0.25mol/L EDTA、0.25mol/L Tris溶液中温育可使铜染逆转。

水凝胶凭借着可拉伸的三维高分子网络结构以及可供离子传输的水性环境在可穿戴器件、瞬态电子和人机交互等领域具有广泛的应用。然而，伴随着柔性电子领域的快速发展，如何解决大量的柔性电子产品废弃物成为了挑战之一。受此启发，湖南大学王兆龙副教授、段辉高教授与上海交通大学郑平院士、南方科技大学葛锜教授、航天五院杨东升研究员合作，在《Materials Today Physics》期刊上发表了题为“Ultra-fast programmable human-machine interface enabled by 3D printed degradable conductive hydrogel”的文章。该文章利用面投影光刻技术（nanoArch P140，摩方精密）制备了高精度高拉伸可导电水凝胶样品及可编辑线路。在特定环境下，体系能被完全降解，实现柔性电子的环保无残留。图1 基于面投影微立体光刻3D打印技术的水凝胶。（a）面投影光刻技术原理图。（b）水凝胶前体溶液组成。（c）前体溶液固化前后展示图。（d）H2O-H2O、H2O-PG、PG-PG 和 PAM-H2O-PG 的氢键相互作用的密度泛函理论分析（DFT）。（e）扫描电子显微镜（SEM）图像。（f）基于面投影光刻技术制备的高精度海星和雪花样品。具体的溶液制备和加工过程如图1a-b所示，先将光引发剂 (2, 4, 6-三甲基苯甲酰基)苯基次膦酸乙酯(TPO-L)分散在1,2-丙二醇中，得到溶液A。同时，将氯化钾（KCl）、丙烯酰胺（AAm）和聚（乙二醇）二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）加入去离子（DI）水中混合均匀得到溶液B。将溶液A、B混合均匀，超声处理得到水凝胶前体溶液（图 1c），在405nm紫外光的照射下能被完全固化。三维多孔网络的微观结构保证了高拉伸性能，图2a-c展示了不同成分含量下样品的拉伸性。研究人员通过单轴拉伸测试探究了不同成分含量对拉伸性能的影响。此外，还探究了电导率的影响因素（图2d-h），证明了基于高拉伸导电水凝胶器件的低温工作性能。图2 力学与电学性能的探究。（a）拉伸测试。不同含量（b) 丙烯酰胺，（c) 1,2-丙二醇的水凝胶样品的应力-应变曲线。不同含量（d）氯化钾，（e）丙烯酰胺和（f）1,2-丙二醇的水凝胶样品的电导率测试。（g）丙烯酰胺和去离子水质量比为3的水凝胶样品的差示扫描量热（DSC）曲线。（h）不同温度下的电导率。（i) 拉伸与导电性能的综合展示。水凝胶的可降解的性能由酰胺基和交联剂的共同水解实现，图3b展示了六边形水凝胶样品的降解过程（pH=13）。通过改变样品的形状、厚度或表面积，能够对其降解速度进行调控。除了几何参数，水凝胶前体溶液的成分含量、环境的pH值和温度都会影响降解速率。（图3c-g） 图3 降解性能探究。（a）碱性环境中的降解原理图。（b)六边形水凝胶样品在pH值为13的碱性溶液中的降解过程。不同含量（c）丙烯酰胺，（d）PEGDMA和（e）1,2-丙二醇的水凝胶样品的降解时间测试。（f）不同pH值下的降解时间。（g）不同温度下的降解时间。基于高拉伸可降解导电水凝胶的柔性电子具有优异的工作性能，研究人员将其应用在柔性传感及人机交互等应用中。如图4a-b所示，基于水凝胶的柔性传感器对于重复的机械运动具有准确灵敏的监测能力，具有广泛的传感范围，从而达成稳定传感的目的。研究人员主要对手指弯曲、不同频率的重复运动、吞咽、发音等动作进行了监测。研究结果如图4c-i所示。除此之外，研究人员还利用水凝胶器件的可降解性能对瞬态电子及可编辑人机界面应用的可行性进行了探究。图5a展示了通过降解和修复能够实现串并联电路的快速转换。人机界面由基于水凝胶电路的肌电采集系统组成（图5b），可稳定获取五个手指的肌电信号，开发的 EMG 收集系统能够对复杂的手势进行编码，实现人手控制机械手进行动作，如图5c-g展示，证明了基于3D打印可降解导电水凝胶在快速可编辑人机界面应用的可行性。值得一提的是，基于水凝胶的体系能被完全降解，为可编程和环保可穿戴设备提供了新思路。图4 基于水凝胶的柔性传感器监测性能。（a）不同应变下水凝胶应变传感器相对电阻变化曲线。（b）不同拉伸率下的灵敏度。（c） 手指弯曲，（d）手指不同频率连续弯曲，（e）肘部连续弯曲，（f）行走期间膝盖弯曲，（g）吞咽，（h）发声和（i）恒定压力下的传感曲线。 图5 可编辑电路及人机界面应用。（a）基于水凝胶电路的降解和修复。（b）采集系统工作原理示意图。（c）所开发的 EMG 采集系统捕获得到的五个手指 EMG 信号。（d）暴露于碱下的EMG 采集系统捕获得到的EMG 信号。（e）基于可降解水凝胶的可编程人机界面示意图。（f）采集得到的不同手势的信号。（g)快速可编辑人机界面工作展示。该项研究成果获得了广东省重点领域研究发展计划，湖南省自然科学基金，民用航空航天技术研究项目和中国空间技术研究院空间探索计划和钱学森实验室等实验及研究项目支持。

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张珽团队在《纳微快报》（Nano-Micro Letters）上发表最新研究成果。该研究开发了一种新策略，通过将电纺纤维网络嵌入水凝胶中，从而实现同时具有超薄结构和优异力学性能的复合水凝胶薄膜（ 5 μm）的构建。纤维复合水凝胶提供了广泛的可调模量（从~ 5 kPa 到几十MPa），这与大多数生物组织和器官的模量相匹配。超薄的结构和超柔软特性使电纺纤维复合水凝胶能够无缝附着在各种粗糙表面上，是构建贴附型生物电子器件的理想材料。 纤维复合水凝胶薄膜基于静电纺丝、旋涂和冻融联合技术构建（图1）。通过调控静电纺丝时间、旋涂时间和冻融次数，实现对纤维复合水凝胶薄膜理化性质的调控（厚度5微米到毫米；模量几千帕到几十兆帕）。例如，增加纺丝时间可显著提高纤维复合水凝胶薄膜的力学性能；提高旋涂速率，有利于降低纤维复合水凝胶薄膜的厚度；增加冻融次数，可提高水凝胶自身的模量。纤维复合水凝胶具有优异的力学强度，一片厚度仅为7微米水凝胶薄膜可轻松托起20g重量的物体。此外，包埋的纤维网络可有效抑制应力集中导致的裂纹扩增，赋予纤维复合水凝胶薄膜优异的抗撕裂性能（图2）。图1 纤维复合水凝胶设计和制备      图2 纤维复合水凝胶薄膜力学性能     常规的水凝胶材料具有容易失水的缺点，长期暴露于空气中时，由于体系水分的蒸发从而使水凝胶体系失效。该研究通过在纤维复合水凝胶体系中掺入甘油作为保水剂，使复合水凝胶体系具有优异的抗失水性能。暴露于空气中七天后，仍具备优异的柔性。此外，为了改善纤维复合水凝胶的导电性，甘油/NaCl体系使纤维复合水凝胶在空气中维持长期的高导电性能（图3）。      图3 纤维复合水凝胶薄膜抗失水性能 得益于纤维复合水凝胶薄膜超软和超薄的特性，其可实现对各种不同粗糙表面的无缝贴附，其广泛可调的力学性能几乎可实现对所有生物软组织（如脑、肝脏、心脏、肺和皮肤）模量的完美匹配，可伴随组织产生形变而不损伤组织，是构建柔性生物电子器件的理想材料（图4）。 图4 纤维复合水凝胶薄膜的柔性和贴附性能      基于甘油/NaCl体系的纤维复合水凝胶构建的贴附型生物电极具有比商业凝胶电极更加优异的信噪比和长期使用性能。商用凝胶电极长期（48h）暴露于空气中会由于失水从而丧失性能，甘油/NaCl体系的纤维复合水凝胶电极在7天后仍旧保持良好信噪比，可实现对人体肌电信号的采集。甘油/NaCl体系的纤维复合水凝胶电极用于检测人体肌电信号，可实现对不同运动姿势和不同运动强度肌肉电信号的监测（图5）。     图5 纤维复合水凝胶电极用于人体肌电信号监测 研究人员通过将电纺纤维网络包埋于水凝胶，开发了一种制备超软、超薄、力学增强复合水凝胶的新策略。该工作为超薄柔性生物电子提供了新颖的设计和构建思路。

标题：Buckwheat self-assembling peptide-based hydrogel: Preparation, characteristics and forming mechanism期刊: Food Hydrocolloids IF 10.7DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107378【论文摘要】 肽基水凝胶由于其突出的生物相容性和生物可降解性，在3D打印、伤口愈合、人工合成肉、生物传感器和药物递送等领域得到了关注。肽基水凝胶主要是通过化学合成和微生物重组的方法获得。合成肽的一个优点是可以根据具体需求进行设计和自组装。然而，合成肽在实际应用中还存在序列短、纯化低、分散性差和安全性低等问题。与合成肽相比，天然肽具有绿色、安全等优点，因此从天然来源蛋白质中生产自组装肽的相关研究就显得十分重要。 近日，北京林业大学课题组基于酶水解荞麦蛋白进行自然肽自组装研究，为以天然肽为基础合成水凝胶探索出新的道路。相关工作以《Buckwheat self-assembling peptide-based hydrogel: Preparation, characteristics and forming mechanism 》为题，发表于国际SCI期刊《Food Hydrocolloids 》上。 值得注意的是，本文作者利用便携式芯片原子力显微镜nGauge完成了所有生物样品的形貌表征。便携式芯片原子力显微镜nGauge是由加拿大ICSPI公司设计研发的，具有小巧、灵活、方便携带、操作简单、扫描速度快、可扫描大尺寸样品、无需后续维护、无需减震以及超级稳定等优点，适合各类纳米表征应用场景，从科学研究、高等教育到户外工作用户的样品都能实现3D表面形貌快速成像分析，创新技术降低了传统AFM的复杂操作，也拓宽了传统AFM的应用范围！ 【图文导读】 图1. （A）荞麦蛋白及其水解液的十二烷基硫酸钠聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）和水解程度结果。（B）5.5%的荞麦蛋白浓度在120 min后的水解结果。（C）12%的荞麦蛋白浓度的水溶胶。（D）12%的荞麦蛋白浓度在120 min后的水解结果。图2. （A）荞麦蛋白浓度为12%的水凝胶随着水解时间硬度的变化。（B）水凝胶形成潜力和（C）硬度。BP（荞麦蛋白），BPH（120分钟水解产物），BSP（大分子样品）。图3. 利用便携式芯片原子力显微镜nGauge获得的（A1-A3）BP，BPH和BSP的形貌图，（B1-B3）BP，BPH和BSP的相位图和（C1-C3）BP，BPH和BSP的高度分析结果。扫描面积为5 x 5 μm2。图4. 利用nGauge便携式原子力显微镜获得的BP，BPH，BSP颗粒粒径的统计结果。图5. BP，BPH和BSP水凝胶的扫描电子显微镜结果。【论文结论】 北京林业大学课题组利用温和酶从荞麦蛋白中获得具有成胶能力的天然肽，代替合成肽制备水凝胶。研究人员研究了利用荞麦天然蛋白制备自组装肽的可行性，并获得了水凝胶。此外，还研究了通过水解产生的荞麦肽通过自组装形成具有良好物理性质水凝胶的机理。该研究为从植物蛋白中生产纳米尺度自由组装肽提供了路线，也为天然肽基水泥胶在依赖合成肽的一系列应用中提供了使用机会。

近年来，凝胶材料因其灵活可调的力学特性和丰富的功能，受到了各领域研究者的极大关注。然而，凝胶材料往往因溶剂的迁移而具有较低的稳定性，容易溶胀或干燥变形，已经成为制约凝胶材料深入应用的瓶颈难题。尽管已经开发了多种策略来提高凝胶的稳定性，然而，从热力学角度来看，如果凝胶中溶剂的含量偏离了聚合物的平衡溶胀状态，溶剂将不可避免的发生迁移。因此，若要准确控制凝胶中的溶剂含量，保持高稳定性，需要有效抑制溶剂迁移的动力学过程。基于“分子阻塞”超分子机制的有机凝胶构建思路。（论文课题组供图）机械互锁作用通过分子结构中的几何关系将不同的分子连接起来，这使得非共价连接的分子，能够保持稳定的聚集状态。西安交通大学化学学院“智能高分子”团队吴宥伸副教授和张彦峰教授，从机械互锁超分子原理中汲取灵感，提出了“分子阻塞”超分子机制，利用溶剂分子与交联网状结构之间的尺寸差异带来的阻滞，有效抑制溶剂在凝胶内的迁移。通过设计和合成分子尺寸超过1.4 nm的液态支链柠檬酸酯(branched citrate ester, BCE)，并将这种大体积分子作为溶剂与交联聚脲原位聚合，制备获得系列新型“分子阻塞”凝胶。“分子阻塞”凝胶具有与普通聚合物或弹性体相媲美的卓越稳定性，可储存10个月而无任何形貌或力学性能改变，并能耐受高温烘烤，保持质量和性能的稳定。特别是“分子阻塞”凝胶的杨氏模量能够在1.3 GPa至30 kPa的大范围内连续调控，变化幅度达到创纪录的43000倍，有效覆盖了现有交联树脂、塑料、弹性体和凝胶的范围。同时，“分子阻塞”效应作为一种非共价耗散机制，赋予了凝胶材料独特的粘弹性力学特性，使其具有高阻尼，达到和超过了商业化的聚氨酯和聚脲材料。上述研究成果，近期发表于《先进材料》，西安交通大学化学学院为第一单位，西安交通大学生命学院为合作单位。论文第一作者为化学学院吴宥伸副教授，论文通讯作者为化学学院副院长张彦峰教授。这一研究受到了国家自然科学基金和西安交通大学分析测试中心的支持。

更轻巧安静的凝胶成像系统 上海山富科学仪器有限公司荣誉推出新款500万像素的凝胶成像系统，Biosens 850。该款选用有效像素高达2592*1944，信噪比70db，采集位数10bit，接口USB2.0的CCD采集系统，能够确保凝胶图像在低照度下的灵敏度。 系统拥有紫外自动防护功能，取放样品时自动关闭紫外灯源，也可进入切胶状态，并配备切胶专用防护装置，最大程度地保护操作人员的人身安全。 系统顶部可方便开启更换滤光片以适应用户更换不同的荧光染色剂。标准配置590nm滤光片可适用EB及GelRed染色剂。 更多信息，请登陆我司网站www.shbiotech.com 上海山富科学仪器有限公司上海市曲阳路851弄沪办大厦9号楼506室电话021-65550736 65558758 传真021-65522489E-mail:info@shbiotech.comhttp://www.shbiotech.com

英斯特朗，全球领先的材料和构件物性测试试验机解决方案供应商，目前正在与美国明尼苏达州德卢斯BRTI生命科学的John Brekke博士进行合作。John H.Brekke博士是组织工程和再生医学领域的领军人物。 他所在的研究机构研发了一种独一无二的仿生水凝胶，其可以为研究干细胞及其治疗应用提供一种三维环境。Cell-Mate3D，一种仿生3D细胞培养基质，旨在支持并促进细胞培养试验。这种基质的材料被慎重的选择并进行加工，以便为细胞生长创造理想的微环境。在与Brekke博士合作时，英斯特朗提供了检测设备和力学环境，用于测试并调整其产品的刚度。 类似组织的刚度可模拟活体内的细胞外环境，由此产生的机械信号可影响细胞行为和分化潜能。BRTI计划提供各种刚度的Cell-Mate3D，以便客户可从中选择适合其特定研究的正确微环境。英斯特朗LigaGen生物反应器系统可提供轴向应力或应变。客户可自定义应力/应变曲线，它可为一个简单的正弦或较复杂的生理波形。这些功能允许研究人员以一种可靠并可重复的方式设计感兴趣的环境，从而系统性地开发出一种标准产品。正在申请专利的新水凝胶夹具使用一种定制的零-夹紧设计，可提供牢固的水凝胶夹持而不会损坏样品。 更多新闻垂询请联系: 英斯特朗市场部Kelly Jiang Tel: +86 21-62158568* 8301E-Mail: jiang_min-hua@instron.com 或者您可访问英斯特朗官方网站： www.instron.cn用手机扫一扫，关注英斯特朗微信账号，获取更多英斯特朗的产品信息和测试tips

通风、空调、照明、供暖等能耗占建筑总能耗的40%以上，同时温室气体排放和全球人口持续增加，极大加剧了全球气候变暖。因此，基于外界环境条件调节太阳辐射的智能窗受到了极大的关注。该智能窗可通过感知外部刺激(如光、热、电等)而产生相应的光学性质变化，从而选择性地吸收或反射太阳辐射，达到改善室内光强、温度的目的。根据制备材料常分为热致变色智能窗、光致变色智能窗、机械致变色智能窗以及电致变色智能窗。其中，热致变色智能窗因其对天气和温度的适应性响应而得到广泛的研究。 近年来，热响应水凝胶在超过低临界溶解温度(LCST)时，可快速完成从透明状态到不透明状态的可逆转变，可作为一种新型热致变色智能窗的材料。热响应水凝胶智能窗可以在无需额外能量输入的情况下，最大限度地利用太阳光的热量，对能耗的降低具有重要作用。聚(N-异丙基丙烯酰胺）(PNIPAM) 是最常用的热响应材料，其LCST大约是32℃。PNIPAM水凝胶在可逆相变过程中表现出高太阳光调制能力，而且在室温下具有高透光率，可以保证良好的室内能见度。然而，纯PNIPAM水凝胶柔韧性较差，难以通过传统的制备技术制造复杂的结构。因此，需要开发一种具有良好的机械性能、高太阳光调制能力以及高透光率的新型水凝胶用于智能窗的制备。3D打印技术作为一种新型的材料加工技术，因其设计灵活、成本低、加工效率高等优点，已经应用于复杂结构水凝胶的加工制备。然而，受限于刺激响应型单体，通过3D打印技术制备高分辨率结构的水凝胶智能窗仍极具挑战性。近日，湖南大学王兆龙课题组开发了一种新型的热响应3D打印水凝胶用于智能窗的设计，基于面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术，水凝胶结构的分辨率高达40μm。研究者基于N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)与亲水性的4-丙烯酰吗啉(ACMO)乙烯基单体的共聚反应制备了热响应水凝胶。该水凝胶响应机理是通过可逆亲水/疏水相变反应调节NIPAM-ACMO共聚物对光的散射行为：当温度低于LCST时，NIPAM-ACMO共聚物同水之间形成分子间氢键，入射光可以透过；一旦温度超过LCST，疏水缔合物主导太阳光的传输，导致入射光发生散射，水凝胶由透明状态转变为不透明状态，阻挡太阳光的照射(图1)。采用PμSL (nanoArch S140, 摩方精密)在玻璃衬底上打印水凝胶图案，最高分辨率可达40μm。水凝胶图案在20℃是透明的；然而，当温度升高至40℃时，图案化的水凝胶选择性地由透明状态转变为不透明状态(图2)。而且，3D打印水凝胶从透明状态到不透明状态的转变是可逆的。 图1.a：热响应水凝胶设计的光学透明-不透明可切换窗口刺激响应变化的示意图 图2.基于PμSL3D打印技术制备的水凝胶图案。a：光固化树脂的组成成分；b：打印水凝胶的拉曼光谱；c：PμSL 3D打印技术原理示意图；d：3D打印高分辨率水凝胶图案，标尺是100μm；e：图案化水凝胶选择性透明-不透明转变的图片，标尺是5mm图3. 柔性热响应水凝胶器件的性能。a：透明水凝胶承受变形的照片(20℃)，比例尺是10mm；b：不透明水凝胶承受变形的照片(40℃)，比例尺是10mm；c：不同ACMO质量含量的水凝胶应力-应变曲线；d：不同PEDGA质量含量的水凝胶应力-应变曲线；e：不同温度下的水凝胶应力-应变曲线；f：PDMS衬底上水凝胶的透射光谱；g：PC衬底上水凝胶的透射光谱；h：水凝胶智能窗与已有文献报道的性能比较 同纯PNIPAM水凝胶智能窗相比，热响应ACMO单体赋予新型水凝胶极好的柔韧性和超高的拉伸性。其可以承受很大的变形，例如弯曲、拉伸、扭转；单轴拉伸试验表明水凝胶拉伸性能最大值为1500%。采用3D打印水凝胶制作的柔性热响应智能窗表现出优异的太阳光调制能力。智能窗在20℃是完全透明的，透光率(Tlum )高达85.847%；当环境温度超过LCST时，智能窗能通过超快的透明状态-不透明状态的转变调节太阳光的传输，太阳光调制率(∆Tsol)高达79.332%。相比于其他文献报道的热致变色智能窗，该工作中制备的柔性水凝胶智能窗表现出超高的透光率和太阳光调制率。此研究在新一代理想智能窗的节能方面具有巨大的应用潜力。该研究成果，以“3D printed hydrogel for soft thermo-responsive smart window”为题发表在International Journal of Extreme Manufacturing上。

化妆品，如护发素，必须符合许多的要求，来切合客户的需求。稳定性，香味和外观，奶油状的质地和改变头发表面亲水性的能力都是一些最重要的要求。在适当的处理条件下，少量的长链醇和阳离子表面活性剂可以形成膨胀的双分子层，从而锁住大量的水。这些凝胶网络主要由多层囊泡（MLVs）组成，囊泡壁是由六边形填充的酒精和表面活性剂分子组成的脂质双分子层。这种多层囊泡凝胶网络使得护发素呈现奶油质地。 尽管冷却速度在长链醇和表面活性剂凝胶的生成中一直是一个重要的因素，但造成这些差异的物理化学原因仍然难以捉摸。鲸蜡硬脂醇和氯化十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）是构成许多药品和化妆品配方的基础。在一项研究中，来自意大利巴里大学化学系的研究人员与欧莱雅和瑞典隆德大学合作，阐明了冷却过程和凝胶流变特性之间的联系。利用多种技术方法，他们发现使用不同的冷却速率会生成具有不同重复距离的多层囊泡。不同工艺形成的凝胶具有明显不同的弹性模量和粘性模量。 在加热至85℃的条件下，制备了含有5%的鲸蜡硬脂醇和6%的CTAC的凝胶样品。样品在冰水中淬火，或在空气中冷却到室温。淬火凝胶的弹性（G’）和粘性（G’’）模量是空气中的冷却凝胶的4倍，因此影响了凝胶的涂抹性能和手感。两种样品的小角X射线散射（SAXS）结果证实了多层囊泡的存在。Kratky图分析显示，两种样品的层间长周期存在差异，淬火样品为31.4 nm，空气冷却样品为28.5 nm。通过对比Lβ相的理论值，发现淬火样品完全由膨胀的Lβ相组成，而空气冷却样品则是由Lβ相为主的多相凝胶网络组成。利用脂质双分子层形状因子，对散射密度进行拟合，得出两种样品相似的双分子层厚度为3.8 nm (δ)。结合两种样品的双层膜厚度和平均长周期，可以计算出淬火样品中鲸蜡硬脂醇和CTAC的体积分数为0.83，空气冷却样品为0.77。也就是说，在空气冷却的样品中，较大体积分数的鲸蜡硬脂醇和表面活性剂形成的脂质双分子层没有合并到囊泡中。这对平均弯曲刚度有影响，淬火样品的弯曲刚度更大。 综上所述，本研究表明，尽管快速冷却和缓慢冷却都能导致多层囊泡的形成，但囊泡中所含物质的数量不同，层间的膨胀程度也不同。这些差异导致了不同的弯曲刚度和不同的流变性能。了解这些参数有助于制备具有所需厚度、丰富质感和涂抹性能的复杂药物和化妆品配方。