硕士生宋梦梦在ACS Applied Materials & Interfaces (IF=7.504 )上发表文章-Sheng Zhang

水凝胶，一种由交联聚合物网络和大量的水构成的三维网络结构，在自然界中非常丰富可见，覆盖范围从植物的木质部和韧皮部到动物的肌肉、组织和软骨。受自然界启发，人们合成了大量的水凝胶并将其广泛应用在各种各样的领域中，像组织工程、药物和蛋白质释放、伤口敷料、化妆品、废水处理的吸收剂、驱动器以及传感器等。水凝胶在许多领域的应用需要其支撑巨大的机械负载或者承受极端的变形。因此，在过去几十年里人们倾注了大量的努力去改善水凝胶的机械强度。设计高韧性水凝胶的一般原则是在水凝胶网络中植入机理去耗散机械能量和保持高弹性。其中以高功能交联剂交联的水凝胶网络是非常有代表性的，在其网络里相邻两个交联剂之间由多条聚合物链连接，这些聚合物通常情况下都是具有不均一的长度。当聚合物网络发生变形时，相对短的链发生断裂从而进行能量耗散，而长的聚合物链并没有发生断裂则仍旧维持着水凝胶的高弹性。

然而，在这些水凝胶网络中很少引入功能性，例如刺激响应功能。在聚合物基体中引入物理交联剂是一个非常好的方式去在韧性水凝胶中进行能量耗散。同时由于物理作用可以在解开之后重新恢复，这就很可能赋予水凝胶以抗疲劳特性。胶束是一种由双亲性分子的疏水部分通过疏水聚集作用在水中自组装形成的组装体。在使用胶束作为大交联剂去构建韧性水凝胶网络时，胶束的内部疏水聚集作用的重排会提供额外的耗散能量，同时胶束的协同变形会保持水凝胶的高弹性。与其他物理交联的水凝胶不同的是，以胶束作为交联剂的水凝胶，由于柔软的胶束结构能够允许在负载条件下链间的滑移和重排，从而展现出了超拉伸特性。最近，付俊老师课题组通过在本征响应性水凝胶基体中引入胶束增强机理进一步发展出了一种响应型韧性水凝胶。然而这些水凝胶的局限性在于相对于其他韧性水凝胶来说机械强度相对较低（低于300 KPa），而这个强度远不能达到实际应用的要求。除此之外，这些刺激响应型水凝胶由于响应性的聚合物基质是有限的导致响应性主要是pH或者温度响应。至今为止，合成一种具有刺激响应功能的高韧超拉伸的水凝胶仍然是一项挑战。

在本章中，我们报道了一种带有高韧性、超拉伸性和抗疲劳特性的温度和光响应的水凝胶的设计路线和制备方法。设计的策略是在水凝胶中植入横跨多重长度的纳米和微米结构的多重机理进行增强。策略的关键是高功能的超分子交联剂的植入。而这种高功能的超分子交联剂是由末端带有客体基团的双亲性嵌段共聚物和乙烯基功能化的环糊精通过主客体作用自组装形成的。与传统胶束类型交联剂不一样的是这种组装体具有胶束结构但同时还包含了在亲水外壳处的主客体“开关”。在这里，我们选择普朗尼克F127（PEO99-PPO65-PEO99）作为双亲性共聚物，偶氮苯基团作为客体分子，β-环糊精（β-CD）作为主体分子。最终，以这种大分子交联剂交联的制备的水凝胶展现出了超分子水凝胶的特性但同时拥有提高了的机械性能。胶束中可逆的开关和疏水聚集分别作为纳米和微米尺寸的能量耗散结构，使得水凝胶展现出了断裂韧性2.68±0.69 MJ/m3和拉伸强度475 kPa。交联剂的高功能性和胶束的协同变形保持了水凝胶的高弹性，展现出了超过2100%的伸长率。同时水凝胶能够承受100%的压缩形变而不发生明显变形，并且表现出了良好的抗疲劳特性。而且响应性的主客体开关赋予水凝胶以温度和光刺激响应特性。据我们所知，这是第一次在水凝胶基质中将物理作用引入到胶束类型的交联剂上。我们希望这篇研究能够为设计高强和智能的水凝胶提供一种新的策略。

附文章链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.8b01410