動物的關節皺紋有助於頻繁彎曲並有助於關節的持續時間。受關節皺紋的形態和功能的啟發，科研人員開發了一種仿生水合作用誘導的聚合物致動器，該致動器在選定區域具有構建的皺紋。具體來說，
團隊採用電子書寫在殼聚糖 (CS) 水凝膠上建立定義的單交聯和雙交聯區域。共價交聯網路是透過 CS 鏈和環氧氯丙烷之間的電寫入誘導共價交聯構建的。
十二烷基硫酸鈉的後續處理允許在未寫入區域進行靜電交聯，同時形成表面皺紋。由此產生的單交聯和雙交聯水凝膠在不同離子濃度下透過 H2O 流入和流出靜電交聯域表現出自發變形行為。重要的是，皺紋結構賦予水凝膠非凡的抗疲勞彎曲效能。透過調節表面形態和空間交聯，該團隊可以設計出具有迷人功能的新型仿生多糖水凝膠致動器。
示意圖1. 仿生水合誘導多糖水凝膠致動器的構造示意圖。
圖 3. 具有複雜交聯模式的水凝膠的力學效能。
圖 4. 單交聯和雙交聯水凝膠的離子響應性。(a) CS-SDS水凝膠的形成及其形狀記憶效應的示意圖。(b) CS-SDS 水凝膠在去離子水和 NaCl 溶液之間切換的溶脹比曲線。(c) 用不同溶液處理的單交聯和雙交聯水凝膠的應力/應變曲線。
圖 5 表面褶皺的形成和褶皺表面的抗疲勞性。(a) 在不同 pH 值下水凝膠表面形成的皺紋影象。（ b ， c ）CS-SDS水凝膠的褶皺表面和光滑表面的迴圈彎曲曲線。
圖 6. 單、雙交聯水凝膠的交聯模式與彎曲角度之間的關係。(a) 不同比例的交聯模式和水凝膠的彎曲變形。(b) 彎曲角度與水凝膠交聯比例的關係。
圖 7. 仿生水凝膠致動器及其形狀記憶效應。（a，c）具有不同交聯模式的水凝膠致動器。（b，d）水凝膠致動器在去離子水和 NaCl 溶液中的形狀記憶效應。
相關論文以題為
Antifatigue Hydration-Induced Polysaccharide Hydrogel Actuators Inspired by Crab Joint Wrinkles
發表在《
ACS Appl. Mater. Interfaces
》上。通訊作者是
武漢大學施曉文教授
。
參考文獻：
doi.org/10.1021/acsami.1c24430
