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中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所賈迪課題組在調(diào)控帶電復(fù)合水凝膠材料黏彈性方面取得新進(jìn)展
水凝膠材料因其獨(dú)特的力學(xué)性能和粘彈性在生物材料和生物軟組織工程中具有重要應(yīng)用，例如仿生人體中的黏液、人眼中的晶狀體、髓核，以及關(guān)節(jié)軟骨等。隨著水凝膠材料的日益發(fā)展和其應(yīng)用需求與種類的日益擴(kuò)大，精確調(diào)控水凝膠的黏彈特性成為了亟需解決的熱點(diǎn)問題，但是目前大多數(shù)研究方法仍是通過改變凝膠的化學(xué)組成來實(shí)現(xiàn)調(diào)控，具有一定的局限性。
在科技部，自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的大力支持下，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室賈迪課題組在調(diào)控帶電復(fù)合水凝膠材料黏彈性方面取得新進(jìn)展。在不改變其化學(xué)物質(zhì)組成的情況下，通過調(diào)控帶電復(fù)合水凝膠體系中的物理相互作用和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來精確調(diào)控水凝膠的黏彈特性，實(shí)現(xiàn)了在超軟區(qū)域—軟區(qū)域內(nèi)對(duì)其彈性模量與黏性的同時(shí)定量調(diào)控。研究人員建立了一個(gè)簡(jiǎn)易黏彈智庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了在水環(huán)境中帶電復(fù)合水凝膠的彈性模量和黏彈性在超軟區(qū)—軟區(qū)域的同時(shí)定量調(diào)控，完成了從“堅(jiān)韌”凝膠到“超軟”凝膠、從低阻尼的“彈性”凝膠到高阻尼的“黏性”凝膠。這一研究成果為仿生具有不同黏彈性質(zhì)與模量的生物軟組織與生物材料提供了重要的物理基礎(chǔ)。此外，他們?cè)趲щ姀?fù)合凝膠體系中首次提出了“熵驅(qū)動(dòng)拓?fù)涞润w積點(diǎn)”這一概念，當(dāng)帶電復(fù)合水凝膠達(dá)到溶脹平衡時(shí)，利用唐南平衡與多熵位壘的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，體系在達(dá)到溶脹平衡時(shí)出現(xiàn)了等體積點(diǎn)，這對(duì)于利用帶電水凝膠仿生生物軟組織，使其在水環(huán)境中保持穩(wěn)定性與不變形性具有重要意義，也為調(diào)控帶電凝膠體系的溶脹比提供了一種全新的物理策略。
相關(guān)研究成果發(fā)表于Nat. Commun.,2024,15,3569，論文第一作者為王貴康碩士，通訊作者為賈迪研究員。?利用非擴(kuò)散型拓?fù)鋭?dòng)力學(xué)調(diào)控帶電復(fù)合水凝膠材料的黏彈性的新策略與機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了在超軟區(qū)域—軟區(qū)域?qū)щ姀?fù)合凝膠材料的彈性模量與黏性的定量調(diào)控。
高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室
