千赢国际

克日，千赢国际绿色生物制造团队在离子液体改性水凝胶方面取得新希望，相关效果以“Robust and tunable hydrogels strengthened by dynamic amphiphilic ionic domains”为题揭晓于国际顶级期刊 Chemical Engineering Journal ，文章第一作者为千赢国际生命学院2022级博士生肖文哲，通讯作者为阎继鹏副教授和孙剑教授
。

作为一种结构可设计的绿色溶剂，离子液体（ionic liquids, ILs）在制备和改性功效质料方面具有显著优势
；贗Ls微情形的设计及其历程强化机制方面的恒久积累，团队近年来在ILs制备和改性功效质料（如凝胶质料、生物基质料、光电质料等）方面取得了系列研究希望（图1）
。例如，ILs在调控离子凝胶结构和性能方面施展的奇异作用，为设计高性能离子凝胶提供了新机缘（ Adv. Funct. Mater. , 2022, 32, 202203988, ESI高被引论文）；中空聚合IL微球（PIL-x）可通过其阴离子种类调控和强化光生电子储备和传输行为，使得改性后的g-C₃N₄具有优异的可见光响应和产氢性能，为进一步提高有机半导体光活性提供了新思绪（ Chem. Eng. J. , 2022, 440, 135625）；低成实质子型ILs可实现木质素在无卤素、温顺条件下的高效脱甲基化制备木质素多酚，对生物质高值化使用及多酚工业生长提供了新蹊径（ Chem. Eng. J. , 2022, 443, 136486）；ILs在有机框架质料合成、功效和应用中的强化作用，为生长和应用多孔有机功效质料提供了新战略（ Coord. Chem. Rev. , 2023, 493, 215304）；最后，晶体原位组装历程中ILs可优化晶体生长并有用降低晶体阱密度，制备的自清洁MAPbI₃单晶具有优异的光探测功效（可见-红外光谱中的比探测率为2.83 × 10¹² Jones，X射线探测中迅速度为7.24 × 10⁴?C Gy_air^?1 cm^?2），该事情为高质量钙钛矿单晶的研发提供了一种新手艺（ Adv. Funct. Mater. , 2024, 34, 2314237）
。

图1. 基于离子液体制备和改性功效质料的系列事情

基于前期研究基础，团队进一步提出了“动态两亲离子域（DAID）”的设计战略，接纳具有两亲性结构的可聚合IL单体，与丙烯酰胺单体共聚，合成了兼具高应变（1200-2390%）、强韧性（5-15 MJ ^-3）、优异电导率（0.13-0.2 mS cm^-1）和高抗裂纹扩展能力的功效凝胶（图2）
。在凝胶的三维聚合物网络中，ILs的结构域提高了聚合物的内聚强度；同时，ILs阳离子的长疏水烷基链作为物理交联点提供了优异的疏水团结以增强力学性能
。因此，DAID的引入可使聚丙烯酰胺亲水链在大变形历程中逐渐睁开
。

图2. 基于DAID战略的功效凝胶制备和应用示意图

¹H核磁共振和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等手段批注差别单体间（即，丙烯酰胺与ILs）保存强相互作用（图3a和b）
。当ILs浓度高于临界胶束浓度时，通过非共价相互作用可自组装形成胶束（图3c）
。图3d进一步证实了丙烯酰胺和ILs胶束由于相互作用而爆发群集，从而形成了尺寸更大的混淆单体系统
。最终，DAID的引入使凝胶泛起出致密的网络结构（图3e）
。

图3. DAID-水凝胶相互作用和结构形态表征

随着延伸率增添，聚合物致密骨架网络结构中的孔响应地沿着拉伸偏向扩展（图4a-c）
。拉伸历程中同时陪同干预色泛起（图4d和e），批注拉伸后聚合物骨架向各向异性转变
。别的，聚合物链间平均间距变短（图4f），批注聚合物中分子链相互靠近，取向度增添
。由于DAID-水凝胶骨架可匀称变形，因此实现了优异的高应变性能（图4g）
。同时，聚合物网络定向排列有用耗散了能量以遭受外力，从而增强了凝胶韧性
。

图4. DAID-水凝胶的结构和增韧机制

该凝胶为人体多方位康健监测提供了高迅速的基础质料，其对人体的实时监测情形如图5所示
。以呼吸监测为例，可将凝胶贴片置于胸腹部位（图5f），时代通过应变感应反响信号以准确视察呼吸频率
。不但云云，凝胶贴片可凭证需求贴于相关部位并举行运动实时监测，如大幅度的手指弯曲（图5a）、肘部弯曲（图5b）、跑步运动（图5c）等和小幅度的按压、吞咽和呼吸等（图5d-f）
。别的，含有缺口的凝胶仍可迅速检测弯腰、跑步和深蹲等运动而一直裂（图5g-i）
。总之，DAID的设计战略为调控凝胶聚合物网络提供了指导，并为非接触医用装备的研发涤讪了一定的质料基础
。

图5. DAID-水凝胶应用于实时监测人体运动

论文详情：Wenzhe Xiao, Ting He, Wanting Zhao, Wenjin Li, Yichen Liu, Cheng Li, Qizhen Luo, Weidong Zhao, Jipeng Yan,* Jian Sun*, Robust and tunable hydrogels strengthened by dynamic amphiphilic ionic domains.  Chem. Eng. J. , 2024, 494, 153136.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153136

附团队简介：

绿色生物制造团队围绕国家“双碳”和生命大康健重大需求，注重化学、生物、化工、质料等多学科交织融合，开展融合功效介质调控和绿碳清洁转化的应用基础研究，详细偏向包括功效化离子液体设计及其微情形作用调控；生物基化学品（如生物燃料、医药分子等）和功效质料（如纤维、薄膜等）绿色合成；光动力抗菌和污染物消解，酶牢靠化及仿生酶工程，柔性可衣着传感器件及发光器件构建等
。