水凝胶,同时2篇Science子刊!
小奇 2021-02-27

最新的一期Science Advances期刊上,同时上线了两篇关于水凝胶的研究论文,他们探究了一些因素如何影响水凝胶的行为,为生物医学、农业学提供一些理论基础研究。


1. Science Advances:通过线性、独立的合成-溶胀关系精确控制合成水凝胶网络结构


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水凝胶的物理性质可以通过改变合成条件来调整,例如初始聚合物浓度和聚合物-交联剂化学计量比。传统上,水凝胶合成方案的差异,例如末端连接的聚(乙二醇)二丙烯酸酯水凝胶和交联的聚(乙烯醇)水凝胶,限制了水凝胶之间的结构比较。


于此,德州大学奥斯汀分校N. A. Peppas院士等人使用水凝胶的广义合成变量,强调了变量的变化如何影响最终的网络结构。即研究了使用PVA水凝胶和PEGDA水凝胶的交联和末端连接的合成水凝胶之间的结构相似性。

 

本文要点:

1他们确定了这些合成变量和膨胀行为之间的两个独立的线性关系。通过最近更新的溶胀的聚合物网络模型进行的分析表明,合成膨胀相关性可用于对合成水凝胶的刚度和溶质扩散特性进行先验预测。

2对甲基丙烯酰胺改性明胶水凝胶进行的相同实验和分析表明,复杂的生物高聚物结构破坏了线性合成溶胀相关性。这些研究提供了通过结构设计控制水凝胶物理性质的见解,并可用于实施和优化生物医学相关水凝胶。


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N. R. Richbourg,et al., Precise control of synthetic hydrogel network structure via linear,independent synthesis-swelling relationships. Science Advances 2021.

DOI:10.1126/sciadv.abe3245

 

2. Science Advances:在压力下,水凝胶在颗粒状介质中膨胀


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水凝胶在农业上有望成为干燥土壤中的储水器,有可能减轻灌溉负担。然而,限制在土壤中会显著降低水凝胶吸水膨胀的能力,从而限制了水凝胶的广泛应用。不幸的是,根本原因仍然未知。通过直接可视化限制在三维颗粒介质中的水凝胶的溶胀,普林斯顿大学Sujit S. Datta等人证明了水凝胶的溶胀程度是由渗透性溶胀引起的水凝胶所施加的力与周围颗粒所传递的约束力之间的竞争决定的。

 

此外,介质本身可以通过水凝胶溶胀进行重组,这取决于渗透溶胀力、约束力和颗粒间摩擦之间的平衡。总之,该研究结果提供了定量原理,可预测水凝胶在封闭状态下的行为,从而有可能改善其在农业中的用途,并为其他应用(例如采油,建筑,机械生物学和过滤)提供信息。

 

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Under pressure: Hydrogelswelling in a granular medium. Science Advances 2021.

DOI:10.1126/sciadv.abd2711


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