西湖大学周南嘉课题组在3D打印可隐形仿生水凝胶软体驱动器上取得新进展

来源:高分子科技

近日，西湖大学周南嘉团队在Chemistry of Materials上报道了一种新型可用于直写式(DIW)3D打印的荧光颜色及透明度可变的镧系金属离子配位超分子水凝胶墨水，通过高分辨固体核磁等技术研究并阐释了其荧光颜色及透明度可变的机理。随后通过结构设计与路径规划，借助高精度DIW-3D打印手段，构筑且实现了对湿度响应的双层水凝胶仿生花，其可在湿度降低的环境下实现开花且荧光变色的仿生行为。此外，团队还通过利用了水凝胶墨水对PBS/乙醇的透明度响应性的构建了双层可隐形的水凝胶抓手，实现了水下活鱼的抓取。

图1. 可3D打印的镧系金属配位超分子水凝胶墨水的合成及设计

图2. 水凝胶仿生花在湿度降低情况下，模仿真实花朵绽放并发生荧光颜色的从蓝到红的渐变

研究人员通过荧光光谱表征了水凝胶墨水在不同湿度下荧光颜色的渐变。随后通过力学仿真，设计并3D打印了聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯(PHEMA)/超分子水凝胶双层水凝胶仿生花朵。

图3. 可隐形的双层水凝胶抓手，用于水下生物的抓取

研究人员进一步利用了水凝胶对PBS/乙醇刺激响应性，3D打印了可适时隐形的超分子水凝胶/PHEMA双层水凝胶软体抓手。

最后，作者展望了通过合成具有不同配位强度的水凝胶配体分子，可实现对颜色及透明度进一步精确且复杂的控制。利用多材料3D打印，可将刺激响应水凝胶墨水在空间上以体像素的形式进行更复杂的排列，以用来构筑具有更复杂形状改变且变色的软体驱动器。
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c02448