西安交大张彦峰教授、成一龙教授团队 Adv. Mater.：基于氢键互锁双连续相增强增韧聚氨酯水凝胶

2024-12-25 来源：高分子科技

构建具有与体内承重组织相似机械性能的水凝胶对实现受损组织修复具有积极的意义。然而，由于传统合成水凝胶的成分简单、聚合物链之间的相互作用有限，其力学性能往往无法满足体内受损组织修复的需求。在水凝胶网络中构建具有不同尺度的均匀相分离结构是制备具有优异综合力学性能水凝胶的有效方法，但仍存在制造步骤复杂、不同相之间界面连接弱等问题。

图1. PEG-PU/PEG-PCL水凝胶的制备示意图

近日，西安交通大学张彦峰教授和成一龙教授团队受两亲性聚合物自组装行为的启发，提出了一种溶胀诱导亲/疏水聚氨酯原位形成氢键互锁双连续相结构以增强增韧水凝胶的新策略（图1）。由于亲水性和疏水性聚氨酯中都包含同一种氢键增强因子咪唑烷基脲（IU），分子间多重氢键的形成可以防止水相中疏水聚合物的不均匀聚集，从而增加两相的相容性并诱导水凝胶内形成均匀的双连续相结构，进而赋予水凝胶材料优异的综合力学性能（拉伸强度12.9 MPa、断裂能2435 J m^-2和韧性48.2 MJ m^-3，图2）。研究人员通过SEM、XRD、SAXS和CLSM系统分析了水凝胶微相分离过程，并通过有限元模拟强调了均匀相分离对力学性能的影响（图3）。体内动物实验结果表明，该水凝胶具有与商用聚丙烯补片相当的断裂应力，不仅能承受腹压以防止疝气形成，还能防止组织/器官粘连，并通过调节炎症反应和血管生成加速腹壁缺损的修复（图4）。以上研究成果为设计合成强韧高分子水凝胶提供了一种简便易行的新方法，也有可能为预防临床疝气形成提供新的选择。

2024年12月23日，该工作以“Tough Polyurethane Hydrogels with a Multiple Hydrogen-Bond Interlocked Bicontinuous Phase Structure Prepared by In Situ Water-Induced Microphase Separation”为题发表在期刊《Advanced Materials》上（Adv Mater 2024, 2412083）。论文的第一作者为西安交通大学化学学院博士研究生王茹月，通讯作者为西安交通大学化学学院张彦峰教授和成一龙教授。研究工作得到了国家自然科学基金、西安交通大学“青年拔尖人才支持计划”、中央高校基本科研业务费等项目的资助，并得到了西安交通大学分析测试共享中心的大力支持。

图2. PEG-PU/PCL-PU水凝胶的性能表征

图3. PEG-PU/PCL-PU水凝胶的微相分离结构表征

图4. PEG-PU/PCL-PU_0.6水凝胶有效抑制器官/组织粘连和疝气形成

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202412083

成一龙教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/yilongcheng

张彦峰教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/yanfengzhang

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（责任编辑：xu）

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