碩士生宋夢夢在ACS Applied Materials & Interfaces (IF=7.504 )上發(fā)表文章：
Super Tough, Ultrastretchable Hydrogel with Multistimuli Responsiveness
水凝膠，一種由交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡和大量的水構成的三維網(wǎng)絡結構，在自然界中非常豐富可見，覆蓋范圍從植物的木質部和韌皮部到動物的肌肉、組織和軟骨。受自然界啟發(fā)，人們合成了大量的水凝膠并將其廣泛應用在各種各樣的領域中，像組織工程、藥物和蛋白質釋放、傷口敷料、化妝品、廢水處理的吸收劑、驅動器以及傳感器等。水凝膠在許多領域的應用需要其支撐巨大的機械負載或者承受極端的變形。因此，在過去幾十年里人們傾注了大量的努力去改善水凝膠的機械強度。設計高韌性水凝膠的一般原則是在水凝膠網(wǎng)絡中植入機理去耗散機械能量和保持高彈性。其中以高功能交聯(lián)劑交聯(lián)的水凝膠網(wǎng)絡是非常有代表性的，在其網(wǎng)絡里相鄰兩個交聯(lián)劑之間由多條聚合物鏈連接，這些聚合物通常情況下都是具有不均一的長度。當聚合物網(wǎng)絡發(fā)生變形時，相對短的鏈發(fā)生斷裂從而進行能量耗散，而長的聚合物鏈并沒有發(fā)生斷裂則仍舊維持著水凝膠的高彈性。
然而，在這些水凝膠網(wǎng)絡中很少引入功能性，例如刺激響應功能。在聚合物基體中引入物理交聯(lián)劑是一個非常好的方式去在韌性水凝膠中進行能量耗散。同時由于物理作用可以在解開之后重新恢復，這就很可能賦予水凝膠以抗疲勞特性。膠束是一種由雙親性分子的疏水部分通過疏水聚集作用在水中自組裝形成的組裝體。在使用膠束作為大交聯(lián)劑去構建韌性水凝膠網(wǎng)絡時，膠束的內(nèi)部疏水聚集作用的重排會提供額外的耗散能量，同時膠束的協(xié)同變形會保持水凝膠的高彈性。與其他物理交聯(lián)的水凝膠不同的是，以膠束作為交聯(lián)劑的水凝膠，由于柔軟的膠束結構能夠允許在負載條件下鏈間的滑移和重排，從而展現(xiàn)出了超拉伸特性。最近，付俊老師課題組通過在本征響應性水凝膠基體中引入膠束增強機理進一步發(fā)展出了一種響應型韌性水凝膠。然而這些水凝膠的局限性在于相對于其他韌性水凝膠來說機械強度相對較低（低于300 KPa），而這個強度遠不能達到實際應用的要求。除此之外，這些刺激響應型水凝膠由于響應性的聚合物基質是有限的導致響應性主要是pH或者溫度響應。至今為止，合成一種具有刺激響應功能的高韌超拉伸的水凝膠仍然是一項挑戰(zhàn)。
在本章中，我們報道了一種帶有高韌性、超拉伸性和抗疲勞特性的溫度和光響應的水凝膠的設計路線和制備方法。設計的策略是在水凝膠中植入橫跨多重長度的納米和微米結構的多重機理進行增強。策略的關鍵是高功能的超分子交聯(lián)劑的植入。而這種高功能的超分子交聯(lián)劑是由末端帶有客體基團的雙親性嵌段共聚物和乙烯基功能化的環(huán)糊精通過主客體作用自組裝形成的。與傳統(tǒng)膠束類型交聯(lián)劑不一樣的是這種組裝體具有膠束結構但同時還包含了在親水外殼處的主客體“開關”。在這里，我們選擇普朗尼克F127（PEO99-PPO65-PEO99）作為雙親性共聚物，偶氮苯基團作為客體分子，β-環(huán)糊精（β-CD）作為主體分子。最終，以這種大分子交聯(lián)劑交聯(lián)的制備的水凝膠展現(xiàn)出了超分子水凝膠的特性但同時擁有提高了的機械性能。膠束中可逆的開關和疏水聚集分別作為納米和微米尺寸的能量耗散結構，使得水凝膠展現(xiàn)出了斷裂韌性2.68±0.69 MJ/m3和拉伸強度475 kPa。交聯(lián)劑的高功能性和膠束的協(xié)同變形保持了水凝膠的高彈性，展現(xiàn)出了超過2100%的伸長率。同時水凝膠能夠承受100%的壓縮形變而不發(fā)生明顯變形，并且表現(xiàn)出了良好的抗疲勞特性。而且響應性的主客體開關賦予水凝膠以溫度和光刺激響應特性。據(jù)我們所知，這是第一次在水凝膠基質中將物理作用引入到膠束類型的交聯(lián)劑上。我們希望這篇研究能夠為設計高強和智能的水凝膠提供一種新的策略。
附文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.8b01410