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南京大學(xué)曹毅/王煒教授《自然?通訊》:強(qiáng)、韌、快速恢復(fù)、抗疲勞水凝膠
  發(fā)布日期:2023-05-10

受承重組織驚人的機(jī)械性能的啟發(fā),許多人致力于研究能夠在密集的機(jī)械負(fù)荷下發(fā)揮作用的水凝膠,用于肌肉骨骼修復(fù)、軟骨再生和軟體機(jī)器人建造等應(yīng)用。用于增韌水凝膠的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)原則是利用犧牲鍵/網(wǎng)絡(luò)來(lái)耗散能量,這可能依賴于疏水相互作用、離子對(duì)、氫鍵、配位相互作用、客體相互作用和微晶。盡管這些分子工程方法能增強(qiáng)水凝膠的韌性,但往往不能加強(qiáng)水凝膠的強(qiáng)度,因?yàn)樗z和韌性是相互排斥的。然而,要在同一合成水凝膠中實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高韌性、強(qiáng)大的抗疲勞性和快速恢復(fù),仍然具有挑戰(zhàn)性。

在此, 南京大學(xué)曹毅教授/王煒教授等人受生物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的啟發(fā),提出了一種由Picot纖維組成的分層結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)由通過(guò)靈活的隱藏長(zhǎng)度相互連接的自組裝金屬離子包肽 β-鏈組成。通過(guò)交聯(lián)這些纖維,所得水凝膠表現(xiàn)出高機(jī)械強(qiáng)度(斷裂應(yīng)力~4.1 MPa)、超高韌性(斷裂能~25.3 kJ m?2)、出色的抗疲勞性(疲勞閾值~424 J m?2),以及一秒鐘內(nèi)幾乎 100% 的機(jī)械恢復(fù)。這種設(shè)計(jì)提供了在合成水凝膠中結(jié)合通常不相容的機(jī)械性能的一般途徑。該研究以題為“Strong, tough, rapid-recovery, and fatigue-resistant hydrogels made of Picot peptide fibres”的論文發(fā)表在《Nature Communications》上。

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