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復(fù)旦大學(xué)未來信息創(chuàng)新學(xué)院教授張榮君團隊和復(fù)旦大學(xué)附屬口腔醫(yī)院主任醫(yī)師韋曉玲團隊，從竹籃編織的過程中獲得啟發(fā)提出逐步氫鍵調(diào)制策略，高效實現(xiàn)了水凝膠傳感性能、環(huán)境耐受性和生物相容性的綜合增強，為相關(guān)水凝膠性能調(diào)控提供了新思路，推動水凝膠傳感器在體內(nèi)/體外監(jiān)測、人機交互等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《先進功能材料》。

在極端環(huán)境中，柔性傳感器能大大拓展人類感知信息的邊界，成為守護安全的“科技護盾”。水凝膠傳感器是一類頗具代表性的柔性傳感器，憑借其出色的柔韌性、可調(diào)制的物化性能和穩(wěn)定的生物兼容性，能夠可靠地將外界的拉伸、壓力、溫度等變化轉(zhuǎn)換為可被探測的信號。但極端環(huán)境下，水凝膠性能易出現(xiàn)下降。如何在保證綜合性能不受損害的前提下，高效調(diào)制增強水凝膠性能，是當(dāng)前研究亟須解決的問題。

得益于竹條的多組分集成及獨特編織過程，竹籃具備出色的功能性。受此啟發(fā)，研究團隊提出了一種水凝膠調(diào)制策略，并闡釋了逐步氫鍵調(diào)制的詳細機制。該調(diào)制策略就是將聚乙烯醇、氧化羧甲基纖維素鈉和明膠多組分構(gòu)成的水凝膠中每個細小的微區(qū)視為“竹條”。制備過程中，研究人員先通過氯化鎂的鹽溶效應(yīng)削弱氫鍵，將“竹條”分散；再利用定向冷凍構(gòu)建稀疏交聯(lián)的“框架”；最后通過檸檬酸鈉的鹽析效應(yīng)，將框架纏繞形成“竹籃”般均勻、致密交聯(lián)的PCG-x水凝膠。

基于該策略，研究團隊能夠在生物相容的低離子鹽濃度下，實現(xiàn)水凝膠性能提升，匹配極端環(huán)境下的使用需求。具體而言，研究團隊制備的PCG-0.5水凝膠能夠識別應(yīng)變、壓力和溫度變化，在739%應(yīng)變下展現(xiàn)出4.9兆帕的機械強度，同時在60 ℃的高溫、-75 ℃的超低溫以及海水環(huán)境下進行有效的應(yīng)變傳感。同時，實驗表明在生物體內(nèi)植入4周后，該水凝膠依舊展現(xiàn)出優(yōu)異的相容性。