山东大学崔基炜教授 JMCA：酸触发制备强韧双网络水凝胶用于多功能生物传感器

2023-02-24 来源：高分子科技

高强度和高韧性的双网络（DN）水凝胶在材料科学和生物医学等领域已显示出广阔的应用前景。生物相容性的海藻酸钠（SA）/聚丙烯酰胺（PAM）是制备DN水凝胶最常用的材料之一。传统制备SA/PAM DN水凝胶的方法是在前驱体溶液中加入硫酸钙或者将制备好的SA/PAM复合水凝胶浸泡在氯化钙的水溶液中。然而，前者由于硫酸钙的溶解度较低，导致水凝胶网络交联不足；后者会导致钙离子在凝胶表面形成一层致密交联的“硬壳”，阻止钙离子的进一步渗透，很难获得离子键分布均匀的DN水凝胶。交联单元的不均匀分布会大大降低水凝胶的机械性能，因此限制了它们在组织支架和可穿戴设备中的应用。

近日，山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室郝京诚教授和崔基炜教授团队通过在（SA/PAM）水凝胶中预先包埋CaCO₃微粒，然后在酸性溶液中触发Ca²⁺的释放，使释放的Ca²⁺与SA交联，得到了均匀交联且力学性能优异的Ca²⁺/SA/PAM DN水凝胶（图1）。该水凝胶具有高拉伸强度（0.85 MPa）、拉伸性（1850%）和断裂韧性（6.4 MJ m^?3）（图2）。该水凝的应变灵敏度可达8.9，应变检测范围宽（0.03-1800%），并且具有良好的耐久性（在50%应变下可循环500次）（图3），可作为应变传感器监测人体的运动，响应速度快（0.02 s）。此外，还可以原位监测糖尿病大鼠模型创面处级联反应引起的疼痛信号（图4）。本研究为可拉伸和韧性DN水凝胶的工程设计提供了一种简便可控的策略，在可穿戴设备、运动监测和医疗诊断等领域具有广阔的应用前景。

图1 （a，b）非均匀和（c）均匀Ca²⁺交联策略形成Ca²⁺/SA/PAM DN水凝胶的示意图

图2 Ca²⁺/SA/PAM DN水凝胶的力学性能

图3 Ca²⁺/SA/PAM DN水凝胶的电学性能

图4 Ca²⁺/SA/PAM DN水凝胶作为应变传感器监测小鼠运动和级联反应引起的疼痛信号

相关成果以“Modulation of Double-Network Hydrogels via Seeding Calcium Carbonate Microparticles for the Engineering of Ultrasensitive Wearable Sensors”为题发表在Journal of Materials Chemistry A上。文章第一作者为博士研究生张肖辉。通讯作者为郝京诚教授和崔基炜教授。

文章链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2023/TA/D2TA07834A

下载：Modulation of Double-Network Hydrogels via Seeding Calcium Carbonate Microparticles for the Engineering of Ultrasensitive Wearable Sensors

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（责任编辑：xu）

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