據(jù)MIT新聞網(wǎng)報導(dǎo)，該校趙選賀副教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊研發(fā)出一種薄的彈性層，可覆蓋在水凝膠上以防止脫水，讓水凝膠保持濕潤、靈活和彈性。

趙選賀副教授指出，他們的靈感來自人類皮膚，真皮層由于有表皮層保護(hù)，其中的神經(jīng)和毛細(xì)血管，以及體內(nèi)的肌肉和器官等不會失去水分。 而他們研發(fā)的彈性表層與水凝膠的黏著度，高于人類皮膚的表皮層和真皮層，并且更為堅固。該材料的彈性，能拉到原本長度的七倍。

該報導(dǎo)也指出，他們研發(fā)的技術(shù)，可以在這種復(fù)合材料中鋪下類似毛細(xì)血管的微小通道，并嘗試在材料中嵌入復(fù)合離子電路，以模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

麻省總醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院Syun-Hyun Yun副教授表示，彈性表層和水凝膠結(jié)合，可以產(chǎn)生很多新的應(yīng)用，包括未來可以研制出植入身體的人工智能皮膚，以監(jiān)測人體健康狀況、檢測病原體，并輸入藥物。

趙選賀副教授希望未來可以發(fā)掘更多這種復(fù)合材料的潛力，包括應(yīng)用于可穿戴電子設(shè)備、可控藥物傳輸繃帶，以及防脫水、電路嵌入隱形眼鏡等。

趙選賀副教授6月27日在“自然通信”（Nature Communications）雜志發(fā)表防止水凝膠脫水的技術(shù)論文，內(nèi)容簡介如下：哺乳動物的皮膚是由類彈性體的表皮（Epidermis）和類水凝膠的真皮（Dermis）和皮下組織（Hypodermis）組成。表皮與真皮間具有強(qiáng)的界面（界面韌性 100 J/m2），并且皮膚中具有大量的微觀功能結(jié)構(gòu)（如血管、淋巴等）。彈性體和水凝膠是兩類常見的高分子材料，但它們通常分開使用。設(shè)計和制備水凝膠/彈性體雜化材料通常會遇到三個方面的問題：（1）彈性體具有高的氧氣滲透性，造成水凝膠的自由基聚合或水凝膠在彈性體表面的共價反應(yīng)困難；（2）彈性體表面的疏水性也限制了水凝膠與彈性體的有效鍵合；（3）預(yù)凝膠溶液滲入到彈性體中的功能結(jié)構(gòu)中，造成彈性體的功能結(jié)構(gòu)的破壞。因此，開發(fā)一種通用的設(shè)計和制備具有強(qiáng)界面韌性和微觀功能結(jié)構(gòu)的水凝膠/彈性體雜化材料的方法是該領(lǐng)域中亟待解決的問題。

圖1.水凝膠/彈性體雜化材料制備和結(jié)構(gòu)示意圖

趙選賀副教授針對上述問題，開發(fā)了一種制備水凝膠/彈性體雜化材料的通用方法。如圖1所示，他們將可以再反應(yīng)形成高韌性凝膠的物理交聯(lián)水凝膠與經(jīng)過苯甲酮浸泡處理的彈性體組裝在一起，再經(jīng)過紫外光引發(fā)聚合，就形成了具有強(qiáng)韌界面的水凝膠/彈性體雜化材料（圖1d）。在制備物理交聯(lián)凝膠和彈性體時，還可以設(shè)計上功能結(jié)構(gòu)（圖1a 和1b）。這些微功能結(jié)構(gòu)在制備得到的水凝膠/彈性體雜化材料中得以保存，即使在受到拉伸形變的情況下也不破壞剝離。苯甲酮的浸泡處理使得彈性體的氧阻聚作用得到抑制，并且有利于與彈性體與水凝膠的共價鍵合。

圖2.彈性體的處理和水凝膠的韌性對水凝膠/彈性體雜化材料界面穩(wěn)定性的影響

剝離實驗結(jié)果顯示，水凝膠/彈性體雜化材料的界面韌性能達(dá)到~1500 J/m2。圖2的結(jié)果顯示，彈性體用苯甲酮處理和水凝膠本身的韌性對于形成強(qiáng)韌界面的水凝膠/彈性體雜化材料都是必不可少的?？梢园l(fā)現(xiàn)，只有兩種條件兼?zhèn)涞那闆r下，制備的水凝膠/彈性體雜化材料在拉伸的過程中水凝膠與彈性體才不會發(fā)生明顯的剝離現(xiàn)象。

圖3.含有微流控通道的水凝膠/彈性體雜化材料及其拉伸下的穩(wěn)定性

這種強(qiáng)韌界面對于彈性體或凝膠中的功能結(jié)構(gòu)也至關(guān)重要，從圖3可以看到，彈性體中的微流控通道在水凝膠/彈性體雜化材料中得以保存，即使在拉伸條件下也不發(fā)生破壞。

圖4.導(dǎo)電水凝膠/彈性體雜化材料

從圖4可以看到，導(dǎo)電的水凝膠電路即使在拉伸的情況下也可以工作，而如果水凝膠與彈性體間沒有強(qiáng)的界面韌性，在拉伸的過程中，凝膠就會與彈性體發(fā)生剝離造成電路通道破壞。

圖5.彈性體包覆的水凝膠具有很好的抗脫水性能

另外，他們還發(fā)現(xiàn)水凝膠表面如果包覆一層彈性體則能有效抑制水凝膠的脫水（圖5）。

他們設(shè)計開發(fā)制備水凝膠/彈性體雜化材料的方法不局限于特定的高韌性水凝膠和彈性體，因此，多種水凝膠（如PAAm-alginate, PAAm-hyaluronan, PAAm-chitosan,PEGDA-alginate 和PEGDA-hyaluronan）和多種彈性體（如polydimethylsiloxane Sylgard184 , polyurethane,latex, VHB, Ecoflex）的組合都可以獲得強(qiáng)韌界面的雜化材料。他們的設(shè)計方法及其設(shè)計的具有微功能結(jié)構(gòu)的水凝膠/彈性體雜化材料將在柔性生物電子器件、組織工程和生物醫(yī)藥中將得到更好的應(yīng)用。