近期，西北大学化材学院于游教授课题组在高性能聚合物凝胶材料合成与应用方面实现突破。成果以“Visible-light-assisted Multimechanism Design for One-step Engineering Tough Hydrogels in Seconds”为题在学术期刊Nature Communications在线刊发，西北大学化材学院硕士研究生汪聪、肖文清、张萍博士为共同第一作者，于游教授为通讯作者。
该研究从基本化学合成反应入手，提出以秒级正交化学反应为手段实现多重聚合物网络凝胶快速制备策略，并展示了材料在柔性电子制造方面的潜在应用，解决了长期存在于该领域内凝胶合成与结构设计/调控不能有效结合的问题。该研究得到了西北大学信息学院邓周虎教授、西安交通大学前沿科学技术研究院郭保林教授和香港理工大学郑子剑教授的大力支持，同时也得到了国家自然科学基金、博士后科学基金和陕西省自然基金的资助。
Fig. 1: One-step fabrication of THVMD hydrogels.
水凝胶是一类以聚合物三维网络结构为基础的高分子材料，能通过功能部分锁住自身质量数倍的水。因含水量丰富（>70%）、模量可调和良好生物相容性而被广泛应用于材料化学和生物组织工程等领域。然而传统单重聚合物网络水凝胶材料的力学性能和韧性缺乏足够兼容性，多重聚合物水凝胶材料制备过程仍然需通过多步、长时间紫外光或热引发方式来完成。加之多重网络结构特点使得该类凝胶不能像传统凝胶那样快速制备和高精度结构化制造，复杂的使用环境也会明显削弱凝胶的力学和韧性性能，使得聚合物凝胶材料在柔性电子学、人造器官、仿生材料设计、生物传感等领域的具体应用受到限制。
Fig. 2: The formation mechanism of THVMD hydrogels.
于游教授课题组一直围绕基于快速光化学反应的功能聚合物合成与应用开展研究，成功实现了可降解聚合物薄膜、凝胶和超分子组装体构筑，以及柔性电子电路的简便设计与制造。基于上述思考和前期研究基础，提出了一种在温和条件下利用快速正交光化学反应来制备多重网络凝胶的结构设计策略，成功将凝胶制备过程缩短至秒/分内一步完成。多重增韧机制使得凝胶在苛刻条件下仍然保持良好的力学性质和韧性。该方法能够和传统图案化、打印技术相结合实现微米级分辨率的高精度图案化一体成型制造。同时能够将传统水凝胶易制备和结构化设计特点与韧性聚合物凝胶的优良力学特性有效结合，为高性能凝胶的制备和应用提供了新的技术参考路线。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-18145-w
（来源： 西北大学 版权属原作者 谨致谢意）