韧性水凝胶的机械性能的调控对组织工程、软体机器人、传感器等领域具有重要的意义。深圳大学周学昌课题组近期的研究发现，通过向海藻酸钙/聚丙烯酰胺（Ca-Alginate/PAAm）韧性水凝胶中引入三价铁离子（Fe3+），在海藻酸钙凝胶网络中形成第二重离子交联，可以极大地提高凝胶含铁部分的弹性模量而改变其拉伸性能，甚至可以“锁定”已经拉伸的部分而阻止其复原。据此，提出了一种基于预拉伸再“锁定”的水凝胶可控折叠策略，可以实现了空气下对韧性水凝胶的快速可控折叠 ( J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 5726-5732；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 9077-9084.）。

  近日，该课题组采用抗坏血酸（俗称VC）对Fe3+-机械增强的Ca-Alginate/PAAm韧性水凝胶中（模量~1.8 MPa）的Fe3+离子进行了定点还原Fe2+离子，得到了模量较小（30-60 kPa）的Fe2+- Ca-Alginate/PAAm区域。实验中通过对韧性水凝胶的机械性能进行局部改变，实现了具有软-硬相嵌结构的韧性水凝胶的拉伸可控变形。结合预拉伸再“锁定”的韧性水凝胶折叠策略，预先折叠好的凝胶可经过还原快速恢复到非折叠状态。另外，预拉伸锁定的非折叠凝胶，可被逐步定点还原，分步完成特定三维形状的折叠。该成果发表在Macromolecular Rapid Communications （2018, DOI: 10.1002/marc. 201800143.）

图1、基于预拉伸锁定-局部软化的凝胶折叠策略。

  这种定点还原软化、逐步释放预拉伸锁定的韧性凝胶的策略，将为开发新的程序化控制形变系统提供了新的思路，并有望进一步扩展到韧性有机凝胶等材料Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201803366.）。该工作得到了国家自然科学基金，深圳市科创委的项目资助。

相关文章链接：

Title: Rational Fabrication of Anti-Freezing, Non-Drying Tough Organohydrogels by One-Pot Solvent Displacement

Authors: Fan Chen, Dan Zhou, Jiahui Wang, Tianzhen Li, Xiaohu Zhou, Tiansheng Gan, Stephan Handschuh-Wang, and Xuechang Zhou*

Journal: Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201803366.

https://doi.org/10.1002/anie.201803366

Title: Softening and shape morphing of stiff tough hydrogels by locallized unlocking of the trivalent ionically cross-linked centers

Authors: Jiahui Wang, Tianzhen Li, Fan Chen, Dan Zhou, Baijia Li, Xiaohu Zhou, Tiansheng Gan, Stephan Handschuh-Wang, and Xuechang Zhou*

Journal:  Macromol. Rapid Comm., 2018, DOI: 10.1002/marc. 201800143.

https://doi.org/10.1002/marc.201800143

Title: Mechanochemical Regulated Origami with Tough Hydrogels by Ion Transfer Printing

Authors: Xiaohu Zhou, Tianzhen Li, Jiahui Wang, Fan Chen, Dan Zhou, Qi Liu, Baijia Li, Jingyue Cheng, Xuechang Zhou,* and Bo Zheng*

Journal:  ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 9077-9084.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b01610

Title: “Freezing”, morphing, and folding of stretchy tough hydrogels

Authors: Tianzhen Li, Jiahui Wang, Liyun Zhang, Jinbin Yang, Mengyan Yang, Deyong Zhu, Xiaohu Zhou, Stephan Handschuh-Wang, Yizhen Liu, and  Xuechang Zhou*

Journal:  J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 5726-5732.

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tb/c7tb01265a#!divAbstract