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 【引言】

水凝膠在諸多領域都有廣闊的應用前景，包括組織工程、傷口處理、生物醫用設備以及水下柔性機器人等領域。雖然水凝膠在以上領域具有巨大的需求，并且科學家對水凝膠的研究在不可逆鍵的強性水凝膠方面已經取得重大的進步，但在依然無法得到在水下具有快速、可逆和強粘性的強性水凝膠。

【成果簡介】

近日，日本北海道大學的龔劍萍教授課題組報導了一種制備在水下具有快速、可逆和強粘性的性水凝膠的方法。這種方法通過將動態鍵和生物啟示的表面排水結構相結合制備得到水凝膠。制備得到的水凝膠只需在短時間內通過很小的應力作用就可以粘附在表面。其粘附強度和剝離能可達25 kPa和50 J/m².該成果以題為"Tough Hydrogels with Fast , Strong, and Reversible Underwater Adhesion Based on a Multiscale Design"發表在Adv. Mater.上。

【圖文導讀】

圖1. 水凝膠設計示意圖

(a).通過喉盤魚吸盤幾何圖案獲得的啟示

(b).擁有六邊形凹槽結構和動態鍵的水凝膠

(c).六邊形凹槽作為排水通道幫助水凝膠在水下與表面快速接觸

(d).水凝膠六邊形凹槽結構的動態鍵與界面結合

(e).在水凝膠伸展過程中，水凝膠本體的動態鍵斷裂消耗能量，從而使界面處不容易斷裂

(f).獨立的六邊形結構防止裂紋在界面處的擴散

圖2. 原位觀測水凝膠在水下與玻璃的接觸過程

(a).水凝膠的表面結構照片

(b).觀察水凝膠和表面接觸的示意圖

(c).在接觸測試中，位移、應力和接觸面積比例隨時間的變化

(d).P0, P1和P2樣品在不同時間的接觸圖像

圖3. 水凝膠可逆的水下粘附性能表征

(a).不同表面結構水凝膠與玻璃（硬基底）接觸過程中，應力和位移隨時間的變化

(b).不同表面結構水凝膠與玻璃粘接界面脫粘的圖像

(c).不同表面結構水凝膠凝膠表面（軟基底）接觸過程中，應力和位移隨時間的變化

(d).P1樣品在硬玻璃和軟PA凝膠上的形變比較圖片

(e,f).凝膠的可逆粘附測試

圖4. 水凝膠在不同基質上的粘附性能

(a).水凝膠的粘附強度

(b).水凝膠的剝離能

【小結】

在這個工作中，作者報導了一種制備在水下具有快速、可逆和粘性的強性水凝膠的方法。這種方法通過將動態鍵和生物啟示的表面排水結構相結合制備得到水凝膠。制備得到的水凝膠只需在短時間內通過很小的應力作用就可以粘附在表面。其粘附強度和剝離能可達25kPa和50J/m2.

文獻鏈接：Tough Hydrogels with Fast , Strong, and Reversible Underwater Adhesion Based on a Multiscale Design (Adv. Mater., 2018, DOI: 10. 1002/adma.201801884)