清华大学杨振忠/梁福鑫团队 ACS Nano：基于Janus颗粒构筑相变有机水凝胶

2022-06-17 来源：高分子科技

双相有机水凝胶是将有机相封装在水凝胶网络中，内部的有机相可以赋予双相有机水凝胶多种功能，例如软体机器人、传感器、组织工程和生物医学。为了在水凝胶网络中引入有机相，需使用大量的传统表面活性剂以避免有机相发生聚集。因此利用双亲性Janus颗粒稳定双相水凝胶，进而开发其高强度、传热、传质的功能至关重要。

图1 双相水凝胶治疗示意图及其微观结构

近期，清华大学杨振忠/梁福鑫团队提出了一种多功能双相水凝胶制造策略，在Janus粒子的作用下将相变微胶囊稳定结合在双网络（DN）水凝胶中。双亲性的Janus 颗粒由于较低的表面张力和较高的界面屏障，有效地稳定乳液并在水-油界面组装成单层结构。Janus 粒子通过共价键合作用将有机相和双网络结构之间稳定结合，更重要的是粒子之间的空隙增强了相界面之间的传质。此外，DN水凝胶是通过动态交联网络实现的，赋予有机水凝胶可注射性和自愈性能。相变微胶囊为双相水凝胶提供了温度响应机械性能和温度程序形状记忆性能。通过相变微胶囊的熔融结晶过程潜热储存双相水凝胶可实现温度治疗。同时，相变微胶囊中负载的抗菌药物可以通过胶囊熔融后的相界面进行释放用于抗菌消炎可作为理想的敷料。这项工作打破了传统表面活性剂稳定有机相制备双相水凝胶的策略，并利用相界面和Janus颗粒之间缝隙的传热传质实现了热响应药物递送，为制备多功能双相水凝胶提供了新的思路。该工作以Temperature-Sensitive Anti-Inflammatory Organohydrogels Containing Janus Particle Stabilized Phase-Change Microinclusions为题发表在《ACS Nano》上。清华大学博士后桂豪冠博士（现就职于常州大学）和辽宁大学杨甜甜博士为论文共同一作。该研究得到了国家自然科学基金委的支持。

图2：双相水凝胶的制备示意图

图3：使用Janus粒子稳定有机相

图4：双相有机水凝胶的形态

图5：使用双相有机水凝胶进行温度治疗

图6：使用双相有机水凝胶温度触发抗菌

该工作是团队近期关于Janus颗粒合成及其界面行为相关研究的最新进展之一。Janus颗粒的外形结构、亲疏水性差异和表面化学活性等等都能影响其在表界面处的吸附组装，为此团队对Janus颗粒进行系统的探索包括目的性设计和调控，使其在表界面处有序排列，实现功能性超材料的构筑（J. Colloid Interface Sci., 2022, 618, 496-506; Chem. Mater., 2022, 34(8), 3806-3818; ACS Macro Lett., 2022, 11(5), 657-662; Macromol. Rapid Commun., 2022: e2200157; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13(21), 25392; Mater. Today Energy, 2021, 20, 100702）。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.2c03940

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（责任编辑：xu）

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