仿生應變硬化自組裝水凝膠

近日,華東理工大學化工學院特聘研究員王義明郭旭虹教授團隊在仿生自組裝水凝膠領域的研究工作中取得瞭新進展,研究成果以“Biomimetic strain-stiffening self-assembled hydrogels”為題發表在《德國應用化學》上,並被選為當期的底封。

仿生應變硬化自組裝水凝膠

生物組織是由蛋白質砌塊組裝得到的半柔性(Semiflexible)生物微絲交織而成的三維網絡結構,在應對外界機械力的刺激時,會表現出獨特的應變增強特性(Strain-stiffening),以保護機體免受外界應力的傷害。長期以來,人們利用小分子砌塊,通過超分子組裝的方式,制備出瞭一系列類似生物組織的超分子水凝膠材料,並在生物醫藥、仿生、光電等領域表現出巨大的應用前景。然而,生物組織所表現出的應變增強特性在人工合成型超分子水凝膠材料中極其罕見。

仿生應變硬化自組裝水凝膠

該團隊在前期工作中建立瞭一多組分超分子水凝膠系統(J. Am. Chem. Soc.2019,141, 2847),並發展瞭利用成核幹擾的手段控制各組分在超分子纖維中的組成的調控方法(Angew. Chem. Int. Ed.2019,58, 3800)。據此,團隊借助類似的調控手段,通過控制超分子纖維的分子組成,組裝得到瞭半柔性的凝膠纖維,使得所制備出的超分子水凝膠材料表現出類似生物組織的應變增強特性。此外,該項工作通過凝膠因子和磷脂分子的正交組裝,構建瞭具有應變增強特性的脂質體復合超分子水凝膠材料,深度模擬瞭生物組織的結構與功能。該工作對推動具有機械響應性的仿生軟物質材料的發展和應用具有重要意義,所構築的具有應變增強特性的脂質體復合超分子水凝膠可作為理想的人工組織模型,用於研究生物組織在外界應力刺激下,細胞及蛋白微絲網絡的結構響應機制。

論文的第一作者為化工學院特聘研究員王義明,通訊作者為合作夥伴荷蘭代爾夫特理工大學的Jan H. van Esch教授徐至教授郭旭虹教授在材料表征及數據分析上提供瞭幫助與支持。該項目得到瞭國傢自然科學基金、華東理工大學創新人才項目專項基金的支持。

論文鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201911364

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