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水凝膠類似于生物軟組織，具有獨(dú)特的微環(huán)境（高含水量和通透性）和自適應(yīng)的特點(diǎn)，在藥物緩釋、傷口敷料、組織工程及柔性電子器件等領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。然而，傳統(tǒng)水凝膠的力學(xué)性能和抗溶脹能力通常較差，導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用受限。

中國科學(xué)院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室邱東課題組近年來致力于強(qiáng)韌水凝膠的開發(fā)與功能化研究，取得系列進(jìn)展。研究首次提出“連體網(wǎng)絡(luò)”增強(qiáng)策略，通過將兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接耦合及協(xié)同作用，大幅度提升了水凝膠的力學(xué)性能（Science Advances, 2019, 5, eaau3442）；實(shí)現(xiàn)了水凝膠的多種功能化，開發(fā)出黏附型水凝膠（Chinese Chemical Letters, 2020, 31, 821-825）、耐鹽性水凝膠（Polymer, 2020, 186, 122080）、表面具有褶皺結(jié)構(gòu)的仿生水凝膠（Chemical Communications, 2020, 56, 13587-13590）。

近日，邱東課題組和喬燕課題組合作，從調(diào)控高分子鏈間相互作用的角度出發(fā)，提出了通過溶劑置換調(diào)節(jié)非共價(jià)相互作用的時(shí)域表達(dá)以優(yōu)化高分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的策略，并用于制備抗溶脹強(qiáng)韌水凝膠（exogels）。該策略的原理是：在良溶劑中，高分子鏈內(nèi)/間非共價(jià)相互作用被抑制，有助于高分子鏈保持伸展的構(gòu)象和均一貫穿的分布；置換為不良溶劑后，高分子鏈間非共價(jià)相互作用得以最大化恢復(fù)，從而提高交聯(lián)點(diǎn)密度和均勻性。利用二甲基亞砜（DMSO）-水溶劑對，通過時(shí)域調(diào)控氫鍵制備了聚乙烯醇（PVA）exogels，其力學(xué)性能和抗溶脹性能均顯著優(yōu)于經(jīng)典冷凍-解凍法制備的水凝膠（PVA cryogels）。同時(shí)，以水為終端溶劑驅(qū)動(dòng)的溶液-凝膠轉(zhuǎn)變賦予PVA exogels良好的水下粘接能力。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials上，并被選為Back Cover?；瘜W(xué)所研究員邱東、喬燕為論文通訊作者，博士徐禮桔為論文第一作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中科院的支持。

化學(xué)所強(qiáng)韌水凝膠材料研究獲進(jìn)展