細胞外基質(zhì)的納米纖維網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)異的適應(yīng)性、自我修復(fù)能力和對外部刺激的響應(yīng)性，為細胞在復(fù)雜環(huán)境中的生存和功能提供穩(wěn)定支持。這一特性激發(fā)了研究人員對仿生納米纖維網(wǎng)絡(luò)水凝膠的興趣，該類材料在智能材料、藥物遞送和組織工程等領(lǐng)域具有獨特優(yōu)勢。然而，目前多數(shù)合成聚合物或天然多肽等構(gòu)建的纖維網(wǎng)絡(luò)水凝膠通常成膠緩慢，大多難以形成的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，限制了其實際應(yīng)用。此外，對于此類水凝膠的設(shè)計，仍缺乏明確的理論指導(dǎo)。 近日，東華大學門永軍研究員團隊開發(fā)了一種快速可逆溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變的纖維網(wǎng)絡(luò)水凝膠，以雙螺旋聚電解質(zhì)和季膦型離子液體為核心組分。通過光學、流變學和熱力學表征，研究揭示了纖維網(wǎng)絡(luò)的形成機制及關(guān)鍵調(diào)控因素。
實驗表明，所用聚電解質(zhì)的雙螺旋構(gòu)象帶來的高剛性是纖維束形成的關(guān)鍵，大體積離子液體調(diào)節(jié)體系在不同溫度下的親疏水性，而小分子鹽則協(xié)同了網(wǎng)絡(luò)的可逆組裝。研究進一步提出該水凝膠的三步網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程： 1) 成核階段：溫度升高時，大體積離子液體疏水作用促使剛性雙螺旋聚電解質(zhì)聚集并形成纖維束。 2) 生長階段：纖維束不斷擴展和支化，形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大體積聚集體。 3) 網(wǎng)絡(luò)形成階段：當聚集體達到一定體積后，相互接觸概率提高并發(fā)生連接，最終構(gòu)建完整的纖維網(wǎng)絡(luò)。 該水凝膠在多種惰性表面的垂直噴涂測試中均能形成光滑、連續(xù)的涂層。此外，在干燥過程中，雙螺旋聚電解質(zhì)的高度構(gòu)象穩(wěn)定性有效避免了涂層的龜裂和起皺，確保其穩(wěn)定性和耐久性，從而為織物抗菌涂層和森林火災(zāi)撲救提供了良好的材料基礎(chǔ)。 最終，該水凝膠在織物抗菌涂層方面展現(xiàn)出非穿透性、可洗去、可回收及高抗菌性的特點，提升了抗菌涂層的安全性和可持續(xù)性。在森林火災(zāi)撲救應(yīng)用中，該水凝膠可在火源表面快速形成隔離層，實現(xiàn)高效、低消耗的滅火，為應(yīng)急救援提供了新的技術(shù)手段。 該研究不僅為纖維網(wǎng)絡(luò)水凝膠的可控構(gòu)建提供了新思路，也為其在功能涂層和消防安全等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。 論文信息 Synthetic Reversible Fibrous Network Hydrogels Based on a Double-Helical Polyelectrolyte Haonan Zheng, Kaizheng Liu, Yongheng Cui, Legeng Li, Qinbo Liu, Yongjun Men Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202503030
