北理工開發出一種能自發生長的水凝膠

近日，北京理工大學宇航學院張凱教授團隊聯合南方科技大學機械與能源工程系劉吉教授團隊，受角質蛋白自生長行為的啟發，提出了液態金屬和水性單體溶液界面處的連續自由基聚合策略，并實現了水凝膠的自生長和再生長。團隊以丙烯酰胺（AAm）單體為例，用液態金屬鎵銦合金（EGaIn）作為引發劑，EGaIn-AAm 水溶液界面處可以連續產生自由基，引發界面處單體聚合，生成PAAm 水凝膠；EGaIn 與水反應生成氫氣，PAAm 水凝膠形成氣孔，降低其密度，從而促進生長出的PAAm 水凝膠向上移動，并在界面處生長出新的PAAm 水凝膠。

該團隊進一步將先前自生長得到的PAAm 水凝膠添加到AAm 單體溶液中，發現水凝膠可以繼續生長，隨著水凝膠材料的自發連續生長，在特定的容器管道內，這類自生長水凝膠可以沿著通道向上延伸，最終到達上層蘋果形容器內。

左圖為自生長水凝膠模仿自然藤本植物攀爬行為。

該團隊將上述自生長的“動力”轉化為“驅動力”，設計了一種基于自生長水凝膠的高效制動器，成功將一特定容器打開（約需53 N）。該團隊研發的高含水量自生長水凝膠（質量分數71.5%）不需要輸入任何額外能量，而且單位體積的驅動力顯著高于已報道水凝膠類制動器。基于此，這些自生長水凝膠易于使用、可控、高效，特別適合用于微型設備或自發制動器。

該研究以Bioinspired self-growing hydrogels by harnessing the interfacial polymerization為題發表在Advanced Materials上。