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合工大研发智能水凝胶,一分钟实现96%的自修复

2020年05月06日 344 次

来自合肥工业大学的消息,该校科研人员成功设计出一种新型材料,能在1分钟内实现96%的自修复。相关成果2017年10月12日发表在国际著名综合性化学期刊《化学》上。

据介绍,这款可快速高效自修复的高性能仿生智能纳米复合水凝胶,具有多功能、优异机械性能等特点,应用前景广阔。

生物组织受到外界损伤时会通过细胞或组织的自我修复从而恢复其本来的功能和结构。作为一种质地柔软且高含水性材料,水凝胶广泛应用于传感与检测、药物释放、驱动器及组织工程等多个领域,具有自修复性能不仅可延长其使用寿命,同时可大幅提升使用安全性。

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自修复纳米复合水凝胶制备示意图:(a)水凝胶合成所用金纳米颗粒、反应共聚单体的结构示意图。(b)功能修饰金纳米颗粒复合物作为交联剂通过自由基聚合制备纳米复合水凝胶示意图。(c)红外激光(808 nm)诱导动态RS-Au配位键自修复机理示意图。(图片来自合肥工业大学新闻文化网)

目前采取的在凝胶网络内部结构中引入修复剂、动态或可逆的共价或非共价作用力等弱相互作用力的方法合成的水凝胶材料,即使在热、酸等外界刺激辅助下,自修复过程往往需要数小时甚至24小时以上。同时,为实现自修复在网络结构中引入弱相互作用力常常会伴随着材料机械性能的降低影响其使用效果。

合肥工业大学化学与化工学院从怀萍教授课题组与中国科学技术大学、德国马普学会胶体与界面研究所相关研究组合作,提出了纳米复合水凝胶与配位键相结合构筑高性能材料的新策略。

科研人员将单分散的金纳米颗粒作为水凝胶三维网络结构的交联剂,利用金纳米颗粒优异的光热性能和配位键在高温下的动态不稳定性,成功实现了纳米复合水凝胶自修复性能的大幅提升。

实验结果表明,在波长808纳米的近红外光诱导下,该新型材料在1分钟内即可实现96%的自修复。同时,该课题组对凝胶的生物安全性评估结果表明,该材料具有良好的可注射性能及生物相容性,可作为药物载体负载抗癌药物在近红外光下进行可控释放。