1：Angew：基于水凝胶的宏观点击化学
华中科技大学吉晓帆教授报道了以水凝胶为宏观结构单元的宏观氨基-炔点击反应。本实验制备的水凝胶G1和G2分别含有炔功能化聚乙二醇(PEG)的N,N'-二甲基-1,2-乙二胺M1和P1。这两种水凝胶是以N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，丙烯酰胺(AAm)与过硫酸铵(APS)自由基共聚制备的。当G1和G2完全接触，结合的M1和P1在两种水凝胶中扩散良好时，氨基-炔点击反应自发地进行，在两个水凝胶网络中产生更长的聚合物。同时，它也存在于G1和G2之间的界面，将两个网络缠绕在一起，产生牢固的粘附。在使用更多的G1和G2构建块后，它们的粘附可以构建多种宏观三维结构，包括四面体、四边形金字塔、六角形棱镜、圆柱体和灯笼立方体。
相关研究工作以“Hydrogel-Based Macroscopic Click Chemistry”为题发表在国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上。
2：清华Nature Water：兼具多效净化和超强抗污功能的光热水净化凝胶膜
清华大学化学系曲良体教授团队开发了一种多功能光热水净化凝胶膜，能够利用太阳能直接从受污染的地表水中获取清洁水蒸气，产生可饮用的淡水。该研究基于鱼鳞启发的表面结构设计并通过高密度的聚合物网络调控，开发了石墨烯/海藻酸凝胶膜（GAH）。该膜由氧化石墨烯/海藻酸钠混合分散液经成膜、多次离子交联、化学还原及激光直写表面结构获得。通过多次交联循环制备工艺，GAH具有致密的聚合物分子链网络，其内部水分子以结合态存在，通过结合态水扩散形式实现水的净化，有效阻止污染物到达蒸发界面；同时，GAH致密聚合物分子网络上的含氧官能团会在吸水状态下发生可逆解离，在膜内部形成高渗透压，阻止污水中盐离子进入，进而实现高选择性水净化，防止长时间蒸发过程中的结盐问题。
通过激光直写制备工艺，GAH具有类似鱼鳞的微纳表面结构，其局域几何结构吸光能力增强，并具有水下防油污能力及纳米片表面灭菌能力。最终，GAH能拦截>99.5%常规挥发性有机物和100%非挥发性有机物，抑制100%的细菌，排除>99.3%的离子（如，Na+、Mg2+、K+、Ca2+），实现高选择性净化。GAH能在3.6wt%的海水中实现>94.9%的阻盐率，使表面近100%的细菌失活，并能与各类油性有机溶剂形成>140°的水下接触角，实现多效防污功能。
相关研究成果近期以“具有高传输选择性和防污能力的多功能太阳能水收集器”（Multifunctional solar water harvester with high transport selectivity and fouling rejection capacity）为题，发表于Nature Water期刊。
图1：基于GAH的水净化优势示意图。
3：Nature Methods：用于改变体感的抗疲劳可拉伸水凝胶
美国麻省理工学院刘心悦博士、Polina Anikeeva教授、赵选贺教授以及马萨诸塞大学阿默斯特分校饶思圆博士等人开发了柔软且可拉伸的抗疲劳水凝胶光纤，可在动物持续运动时对其外周神经进行光遗传调控。通过在水凝胶中形成高分子纳米晶域，纤维的光学损耗低至1.07 dB cm-1，杨氏模量为1.6 MPa，可拉伸200%，拉伸30000次后的疲劳强度为1.4 MPa。水凝胶纤维可将光传递到坐骨神经，在为期6周的自主车轮跑步试验中，光遗传激活Thy1::ChR2小鼠的后肢肌肉，同时经历反复变形。此外，这种纤维还能在炎症模型中对TRPV1::NpHR小鼠进行为期8周的疼痛超敏反应进行光学抑制。制备的水凝胶纤维为外周神经光遗传学提供了一种运动适应性强、坚固耐用的解决方案，有助于体感的研究。研究成果以题为“Fatigue-resistant hydrogel optical fibers enable peripheral nerve optogenetics during locomotion”发表在知名期刊Nature Methods上。
4：西安交大Nature Protocols：物理动态双网络水凝胶作为敷料，促进组织修复
得益于壳聚糖(作为第一网络)和聚乙烯醇结晶(作为第二网络)之间的氢键可以生成物理交联的双网络水凝胶，以及疏水缔合和氢键相互作用也可用于获得双网络水凝胶，西安交大郭保林团队描述了一种制备物理双网状水凝胶的方法，以及其在伤口敷料、生物粘合剂和止血剂等方面的应用。同时也对表征其属性的方法进行了探究。相关的研究成果以“Physical dynamic double-network hydrogels as dressings to facilitate tissue repair”为题发表在Nature Protocols上。
图1 PEGSD/GTU水凝胶制备示意图。a,b, PEGSD预聚物的合成。c, UPy-HDI的合成。d, GTU的合成。e, PEGSD/GTU水凝胶的制备，以及水凝胶网络中物理双动态交联示意图。
5：清华大学李晓雁Materials Today：芳纶纳米纤维增强可3D打印水凝胶复合材料http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5ODcyMzk0Mg==&mid=2651190390&idx=5&sn=e35cde30adf965da0a4eb02db8345dc9&chksm=bd373c7f8a40b56969c36f86b261ae7039586981d5173ab58ad1ad11937b92d7c304662a3da6&scene=21 - wechat_redirect
利用3D打印制备出水凝胶表现出较高的拉伸特性，但强度和模量低、抗疲劳性差，从而限制了其在人造组织中的应用。清华大学航天航空学院李晓雁教授课题向可3D打印水凝胶前驱体溶液加入芳纶纳米纤维（ANFs），然后对该溶液施加紫外线照射，进而获得了ANFs增强的3D打印水凝胶复合材料。与纯水凝胶相比，0.3wt%ANF水凝胶复合材料的强度、断裂能和疲劳阈值同时提高了约10倍，模量提高了约30倍，断裂伸长率没有显著降低。水凝胶复合材料的模量、强度和疲劳阈值的提高是是由于自由基聚合过程中形成了芳纶纳米纤维和水凝胶链的混合网络，而断裂能的提高则主要与长链缠结和大量氢键的能量耗散机制有关。由于具有高的3D打印分辨率和良好的生物相容性，这些ANF水凝胶复合材料在生物体内的柔性电子器件中具有潜在的应用前景。该项研究为改善可3D打印水凝胶的力学性能提供了一种通用而有效的策略。研究成果以Strong, tough, fatigue-resistant and 3D-printable hydrogel composites reinforced by aramid nanofibers为题发表于Materials Today。
6：聚丙烯酰胺基还原氧化石墨烯/银复合水凝胶多功能材料
中国科学院上海应用物理研究所利用高能射线辐照技术制备出多功能水凝胶，以用于光热驱动海水淡化和放射性废水净化。近日，相关研究成果以Multifunctional graphene/Ag hydrogel with antimicrobial and catalytic properties for efficient Solar-driven desalination and wastewater purification为题，发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。
开发高效的光热海水淡化和废水净化装置，对解决淡水短缺和废水处理等问题具有重要意义。为了获得更高蒸发效率，科学家致力于研究新型光热材料，并优化蒸发器的结构和性能。海水中的油污、有机染料、重金属污染、有害放射性污染和微生物等均对蒸发器的蒸发性能和使用寿命产生较大影响。因此，如何维持光热材料蒸发器在复杂环境中的高效蒸发和长期稳定性仍是难题。
该研究通过材料的结构和功能设计，采用一步辐射聚合与还原自组装法，原位合成了集高效光热蒸发性能、耐盐性、抗菌性、防污性和催化性于一体的聚丙烯酰胺基还原氧化石墨烯/银复合水凝胶多功能材料（ArG-Ag）。研究发现：在ArG-Ag中，亲水性聚丙烯酰胺交联网络提供优异的水蒸发通道，还原氧化石墨烯提供增强复合水凝胶结构强度的功能和优良的光热转换性能，银纳米颗粒与石墨烯的复合协同作用在提供优良的光热转换性能的同时提供了优异的耐生物污染性能；ArG-Ag蒸发速率达到3.089 kg m-2 h-1（一个标准太阳光强度），蒸发效率达到122.7%。ArG-Ag对大肠杆菌的24小时抑菌率达99%，并具有210天的长期防霉性能，可有效抵御海水的生物污染。ArG-Ag蒸发器在含油、含表面活性剂和含模拟放射性元素废水中依然保持优异的蒸发速率。研究显示，蒸发后的冷凝水中的各种模拟放射性元素含量降低，实现了废水净化的目标。
上述研究为合成和设计集高效蒸发性能、耐盐性、抗菌性、防污性和催化性于一体的多功能蒸发器提供了新策略。
辐照技术制备多功能复合水凝胶在高效海水淡化、抗菌防霉、放射性废水净化方面的应用示意图
转载：材料人