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  軟材料如水凝膠可廣泛應(yīng)用于組織工程、軟體機(jī)器人、可穿戴電子等領(lǐng)域。然而大多數(shù)傳統(tǒng)水凝膠往往結(jié)構(gòu)均勻無序且交聯(lián)松散，導(dǎo)致力學(xué)性能差，嚴(yán)重阻礙了其實際應(yīng)用。近年來，通過定向冷凍、磁場或電場、自組裝和機(jī)械拉伸制備了各種具有增強(qiáng)力學(xué)性能的各向異性水凝膠，但操作復(fù)雜且功能單一，且大多水凝膠的力學(xué)性能仍然無法與各向異性的天然生物組織如韌帶、肌腱等相媲美。這些生物組織由于其高度有序的分級微觀結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)異的各向異性力學(xué)性能。因此，使用通用而簡單的方法制備具有各向異性結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌水凝膠仍然是一個挑戰(zhàn)。

  受韌帶、肌腱等各向異性生物組織結(jié)構(gòu)啟發(fā)，近日，河北工業(yè)大學(xué)胡寧教授和重慶大學(xué)寧慧銘副教授團(tuán)隊在Materials Horizons上發(fā)表了題為“Strong, tough and anisotropic bioinspired hydrogels ”的研究論文。探索了一種新的簡單方法，即一種新型的溶劑交換輔助濕拉伸策略，開發(fā)了具有優(yōu)異力學(xué)性能甚至優(yōu)于生物組織的各向異性纖維基多功能水凝膠。

圖4 增強(qiáng)機(jī)理

  該研究報道了一種溶劑交換輔助濕拉伸的協(xié)同策略，以開發(fā)一種受各向異性生物組織啟發(fā)的強(qiáng)韌、高度各向異性的纖維基水凝膠。該策略突破了現(xiàn)有干拉伸方法在調(diào)整聚合物構(gòu)象和結(jié)晶用于提高強(qiáng)度和韌性方面的局限性。溶劑交換輔助濕拉伸的設(shè)計概念可以應(yīng)用于各種聚合物，因此目前的策略具有普適性。未來，將進(jìn)一步研究纖維基水凝膠優(yōu)異力學(xué)性能的機(jī)理，并將模擬人體肌肉的層次結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到不同的尺度。作為概念驗證，證明了基于纖維的水凝膠可以用作生物傳感器，這得益于其優(yōu)異的靈活性、應(yīng)變傳感能力、長期穩(wěn)定性和生物相容性。它顯示出良好的線性，在1000%的寬范圍內(nèi)，應(yīng)變系數(shù)為3.13。這些優(yōu)點(diǎn)使得基于各向異性纖維的水凝膠在廣泛的應(yīng)用中極具吸引力，包括生物領(lǐng)域，如人工軟組織材料和用于人體運(yùn)動監(jiān)測的生物傳感器。

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/mh/d3mh02032k

通訊作者簡介

胡寧，河北工業(yè)大學(xué)副校長，教授，博士生導(dǎo)師。獲得過國家海外高層次人才、杰青（B）、國務(wù)院政府特貼專家等榮譽(yù)。1981-1991年在重慶大學(xué)完成本科-博士教育，之后在南京航空航天大學(xué)、日本東北大學(xué)、清華大學(xué)、約翰斯·霍普金斯大學(xué)、日本千葉大學(xué)等從事科研和教學(xué)工作，歷任博士后-助理教授-副教授-教授等，2013年回國時任日本千葉大學(xué)教授、機(jī)械系主任和人工系統(tǒng)科學(xué)專攻長；2013-2019年在重慶大學(xué)工作，創(chuàng)建了航空航天學(xué)院并任首任院長；2019年調(diào)河北工業(yè)大學(xué)工作。他長期從事計算固體力學(xué)、功能·結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)和材料的無損檢測和實時監(jiān)控技術(shù)等研究，取得了不少創(chuàng)新性成果。出版英文書籍3部，申請和獲批中日專利20余項，發(fā)表期刊論文600余篇，論文被引用20000余次。他長期從事材料力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)、計算力學(xué)等課程的教學(xué)工作，指導(dǎo)了大量博士和碩士研究生�，F(xiàn)任教育部航空航天教學(xué)指導(dǎo)委員會委員、中國復(fù)合材料學(xué)會理事、中國力學(xué)學(xué)會理事、河北省力學(xué)學(xué)會理事長、重慶市通用航空學(xué)會常務(wù)副理事長、日本復(fù)合材料學(xué)會評議員、十余份國內(nèi)外期刊的副主編/編委等。

寧慧銘，重慶大學(xué)副教授，主要從事復(fù)合材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料設(shè)計制備評價等領(lǐng)域的研究工作。目前已在復(fù)合材料領(lǐng)域的一流國際期刊上發(fā)表SCI 論文70余篇，申請發(fā)明專利10余項，論文他引2000多次。近年來主持和參與了“十三五”裝備預(yù)研領(lǐng)域基金，國家自然科學(xué)基金以及“兩機(jī)”專項基礎(chǔ)研究項目等十余項重要科研項目。

王蜀，西南大學(xué)青年教師，主要從事柔性傳感材料及器件、柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)功能一體化智能復(fù)合材料等領(lǐng)域的研究工作。目前已在Mater. Horiz., Compos.B:Eng.等國際期刊發(fā)表論文20余篇，論文他引400余次。近年來主持和參與了國家自然科學(xué)基金青年基金，十三五”裝備預(yù)研領(lǐng)域基金等科研項目。