哥廷根大学张凯团队：宏观表层-内层剥离原位生成具有封闭内腔结构的水凝胶装置学术资讯

来源：高分子科学前沿

自然界许多生物体，如葫芦、竹子、鱼鳔及血管，它们在生长过程中内部会自行生成空腔结构来支持其基本的生命活动，如物质运输、适应性运动和力学支撑。受这些自然界腔体结构的启发，各种人工合成的空腔结构被制造出来，来满足现实需求，例如人造血管、液压或气动机器人以及用于组织工程的骨架材料等。通常封闭的腔体结构的制备主要是通过采用可移除的模板法从聚合物溶液固化得来，而宏观材料从固体或半固体转变为具有特异性外层和内部微观结构的封闭内腔结构的研究仍鲜有报道。

近期，哥廷根大学张凯教授课题组，基于水凝胶的宏观连续，微观多孔的性质及其良好的渗透性，提出了一种制备封闭空腔材料新方法。该课题组通过在片状水凝胶中构建从表面到内部逐渐减弱的交联梯度，通过控制内部弱动态键的解离从而实现水凝胶表层-内层的分离，得到具有腔体结构的封闭水凝胶，而且内壁和外壁呈现特异性的微观结构（图1，图2）。

图1. 制备封闭空腔水凝胶过程及机理。

图2. 冷冻干燥后水凝胶壳内外壁微观结构的SEM图像。

此外，通过设计水凝胶的初始形状或采用多个水凝胶的宏观组装，可以生成多种三维形状的水凝胶腔体装置。同时，基于温敏性聚(N-异丙烯酰胺) (PNIPAM)，这些水凝胶装置在较高温度时，对包裹在腔体内的水溶性物质表现出特异性的高温缓释性能，这与常规的热控快速释放体系显著不同（图3）。

图3. 温敏性Rhodamine B释放体系。

这种由空间固体状态转化为封闭腔体系统的成型方法对于制备可控药物释放装置、细胞培养、化学反应器和软物质致动器等应用具有巨大潜力。相关研究以“Temperature-Responsive, Manipulable Cavitary Hydrogel Containers by Macroscopic Spatial Surface-Interior Separation”为题，发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志上。论文第一作者为王晓杰博士，通讯作者为哥廷根大学张凯教授。

来源：Polymer-science 高分子科学前沿

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