化学所邱东课题组在原位构筑纳米纤维水凝胶领域取得新进展

由生物大分子束（如胶原纤维）构成的纳米纤维网络广泛存在于软骨、肌腱和韧带等生物水凝胶体系中，是赋予其优异承重能力和抗溶胀性能的关键结构。相比之下，传统的合成水凝胶通常由离散的聚合物链段构成网络，其力学性能和抗溶胀性能均较差，导致其实际应用受限。近年来，研究人员发展了多种构筑纳米纤维网络的方法以增强水凝胶力学性能，包括复合外源性纤维和取向诱导原位纤维化等，但存在界面不相容、网络结构各向异性化等问题，仍然难以实现水凝胶综合力学性能的全方位显著提升。

在科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的支持下，化学所高分子物理与化学实验室邱东研究员课题组近年来致力于高强韧水凝胶的开发与功能化研究，取得了系列进展。该课题组前期发展了通过溶剂置换时域调控非共价相互作用以优化高分子交联网络结构的策略，并应用于制备抗溶胀、高强韧水凝胶（Adv. Mater. 2020, 32, 2004579; Adv. Mater. 2023, 35, 2209913）。在此基础上，他们进一步提出了非溶剂淬火促进原位纳米纤维化以增强聚合物水凝胶的新策略，该策略通过调节溶剂实现聚合物链段在纳米尺度上的可控聚集，无需取向，从而促进原位形成各向同性的纳米纤维网络。利用非溶剂淬火使高度溶剂化的聚合物链在纳米尺度上原位发生相分离，随后通过溶剂回火使纳米相分离结构发生溶胀或剥离而原位形成纳米纤维网络，构筑了一类纳米纤维聚乙烯醇水凝胶（nf-PVA gel）。与常规溶剂置换方法制备的PVA水凝胶（c-PVA gel）相比，nf-PVA gel展现出显著增强的力学性能、抗溶胀性及独特的拉伸自增强性能。得益于各向同性的纳米纤维网络结构，不同于此前报道的众多各向异性纳米纤维水凝胶，nf-PVA gel实现了全方位的综合力学性能增强。相关研究成果近期发表于Advanced Materials期刊上（Adv. Mater. 2023, 35, 2303728），通讯作者是邱东研究员、孟晓辉副研究员和首都医科大学附属友谊医院祝斌副教授，第一作者是博士生杨旭乐和徐礼桔助理研究员。

转自：“中国科学院化学研究所”微信公众号

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