水凝胶生物界面粘合韧性主要由两部分贡献(Γ = Γ0 + ΓD):水凝胶与组织界面的结合(如化学锚定或物理吸附),为固有韧性(Γ0 ≈ 1~50 J/m2);水凝胶内部通过滞后效应来耗散能量,为外在韧性(ΓD)。通过内部动态键等耗散基元的引入来提高外在韧性,能显著提高水凝胶粘合界面的韧性。现阶段高韧性界面的可控剥离可以通过断裂水凝胶高分子链与基底的键合,实现无损剥离, 但是依旧存在一些挑战,包括苛刻的触发条件(如加热/降温、紫外线照射、引入浓缩的金属离子等)、较长的等待时间等,无法适用于生物组织粘合类应用场合。因此,开发粘合界面高度可控的水凝胶类生物粘合剂,用于构建稳定高效的生物电子界面,能为新兴生物电子器件的开发和个性化医疗设备的发展提供强有力的支持。
图1. 刺激响应型水凝胶生物粘合剂的设计原理及粘附性能测试。
图2. 刺激响应型水凝胶生物粘合剂用于可穿戴表皮电子产品。
水凝胶粘合剂在临床医学及健康监测领域具有广泛的应用前景。为了进一步探索其在体内生物电子界面的应用,该团队利用这类刺激响应型水凝胶粘合剂来构建一类电子器件与兔子动脉血管的生物电子界面,成功的监测到动脉血流涌动的生理信号,如血压、心率等。这类体内生物电子界面稳健性好,能够实现快速安装,刺激响应下快速无损移除,因此降低了血管损伤的风险。同时,剥离产生的残余物生物相容性高,且能快速生物降解和吸收,无任何副作用。
南方科技大学博士生薛羽,博士后张俊和博士生陈兴梅为论文共同第一作者,刘吉副教授为通讯作者。该研究得到深圳市政府和南方科技大学科研启动基金,麻省理工学院和南方科技大学机械工程研究与教育中心,深圳市科技创新委员会和广东省基础研究和应用基础研究等基金项目的资助。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106446
招聘信息
刘吉课题组长期招聘研究助理教授、博士后和研究助理,有意者请将个人简历(pdf)等相关材料发送至liuj9@sustech.edu.cn邮件标题请注明“姓名+毕业学校+应聘职位”,期待您的加盟!
刘吉副教授及团队简介:刘吉博士于2019年9月加入南方科技大学独立建组,任博士生导师。主要研究领域为软材料的极限性能设计、仿生软材料、界面粘合、软材料3D打印以及功能软材料在组织工程上的应用等。近年来,在Science Advances,Nature Communications,PNAS,Advanced Materials,Advanced Functional Materials等期刊上发表文章40余篇。先后获得《麻省理工科技评论》中国区 “35岁以下科技创新35人” (2020)、珠江人才引进高层次人才青年项目(2020)、深圳市海外高层次人才(2020)、日本高分子协会青年学者奖(2017)、玛丽居里学者(2015)等荣誉。课题组更多信息请看:http://faculty.sustech.edu.cn/liuj9/
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