西湖大學(xué)周南嘉課題組在3D打印可隱形仿生水凝膠軟體驅(qū)動器上取得新進(jìn)展

來源:高分子科技

近日，西湖大學(xué)周南嘉團(tuán)隊(duì)在Chemistry of Materials上報道了一種新型可用于直寫式(DIW)3D打印的熒光顏色及透明度可變的鑭系金屬離子配位超分子水凝膠墨水，通過高分辨固體核磁等技術(shù)研究并闡釋了其熒光顏色及透明度可變的機(jī)理。隨后通過結(jié)構(gòu)設(shè)計與路徑規(guī)劃，借助高精度DIW-3D打印手段，構(gòu)筑且實(shí)現(xiàn)了對濕度響應(yīng)的雙層水凝膠仿生花，其可在濕度降低的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)開花且熒光變色的仿生行為。此外，團(tuán)隊(duì)還通過利用了水凝膠墨水對PBS/乙醇的透明度響應(yīng)性的構(gòu)建了雙層可隱形的水凝膠抓手，實(shí)現(xiàn)了水下活魚的抓取。

圖1. 可3D打印的鑭系金屬配位超分子水凝膠墨水的合成及設(shè)計

圖2. 水凝膠仿生花在濕度降低情況下，模仿真實(shí)花朵綻放并發(fā)生熒光顏色的從藍(lán)到紅的漸變

研究人員通過熒光光譜表征了水凝膠墨水在不同濕度下熒光顏色的漸變。隨后通過力學(xué)仿真，設(shè)計并3D打印了聚甲基丙烯酸-2-羥乙酯(PHEMA)/超分子水凝膠雙層水凝膠仿生花朵。

圖3. 可隱形的雙層水凝膠抓手，用于水下生物的抓取

研究人員進(jìn)一步利用了水凝膠對PBS/乙醇刺激響應(yīng)性，3D打印了可適時隱形的超分子水凝膠/PHEMA雙層水凝膠軟體抓手。

最后，作者展望了通過合成具有不同配位強(qiáng)度的水凝膠配體分子，可實(shí)現(xiàn)對顏色及透明度進(jìn)一步精確且復(fù)雜的控制。利用多材料3D打印，可將刺激響應(yīng)水凝膠墨水在空間上以體像素的形式進(jìn)行更復(fù)雜的排列，以用來構(gòu)筑具有更復(fù)雜形狀改變且變色的軟體驅(qū)動器。
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https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c02448