中國科學院化學研究所賈迪課題組在調(diào)控帶電復合水凝膠材料黏彈性方面取得新進展
水凝膠材料因其獨特的力學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用，例如仿生人體中的黏液、人眼中的晶狀體、髓核，以及關節(jié)軟骨等。隨著水凝膠材料的日益發(fā)展和其應用需求與種類的日益擴大，精確調(diào)控水凝膠的黏彈特性成為了亟需解決的熱點問題，但是目前大多數(shù)研究方法仍是通過改變凝膠的化學組成來實現(xiàn)調(diào)控，具有一定的局限性。
在科技部，自然科學基金委和中國科學院的大力支持下，中國科學院化學研究所高分子物理與化學實驗室賈迪課題組在調(diào)控帶電復合水凝膠材料黏彈性方面取得新進展。在不改變其化學物質(zhì)組成的情況下，通過調(diào)控帶電復合水凝膠體系中的物理相互作用和拓撲結構來精確調(diào)控水凝膠的黏彈特性，實現(xiàn)了在超軟區(qū)域—軟區(qū)域內(nèi)對其彈性模量與黏性的同時定量調(diào)控。研究人員建立了一個簡易黏彈智庫，實現(xiàn)了在水環(huán)境中帶電復合水凝膠的彈性模量和黏彈性在超軟區(qū)—軟區(qū)域的同時定量調(diào)控，完成了從“堅韌”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。此外，他們在帶電復合凝膠體系中首次提出了“熵驅(qū)動拓撲等體積點”這一概念，當帶電復合水凝膠達到溶脹平衡時，利用唐南平衡與多熵位壘的競爭效應，體系在達到溶脹平衡時出現(xiàn)了等體積點，這對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。?利用非擴散型拓撲動力學調(diào)控帶電復合水凝膠材料的黏彈性的新策略與機理，實現(xiàn)了在超軟區(qū)域—軟區(qū)域?qū)щ姀秃夏z材料的彈性模量與黏性的定量調(diào)控。
高分子物理與化學實驗室
