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东华大学Liu, Yanjun在Advanced Materials上发表论文!

论论资讯 | 2024-06-06 1214热度

Advanced Materials

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Self-Evolving Hierarchical Hydrogel Fibers with Circadian Rhythms and Memory Functions

Liu Yanjun; Song Yuanzhu; Wu Peiyi

Published:2024-06-04
DOI:10.1002/adma.202404506

研究背景

在自然界中,生物体通过其多尺度结构中的超快选择性传输通道实现高效的物质交换和能量传递。然而,在人工多材料系统中同时实现这些特性仍然是一个巨大的挑战。随着可穿戴和植入式生物电子设备的兴起,开发具有类似生物特性的材料变得尤为重要。本文介绍了一种新型水凝胶纤维,它不仅模仿了生物体的分级结构和界面融合,还具备生物节律和记忆功能,为生物电子学领域带来了新的可能性。

研究内容

本研究开发了一种多材料水凝胶纤维,其特点是通过离子交联和分子剪切流诱导的原位分级结构演化,实现了界面的自发融合。这种纤维中的水传输机制类似于牛顿摆的运动,通过排列的纤维素纳米晶体(CNCs)在埃尺度限制的狭缝中进行直接库仑敲击传输。界面融合不仅促进了多尺度层间的高效水传输,还通过类似牛顿摆的集体水运动在纤维内部形成了一个高度敏感的负反馈循环。此外,这些纤维展示了时空感知、短期记忆和形状适应性变化的能力,并表现出24小时日夜间周期性的节律特征。

研究意义

本研究的创新之处在于成功地将生物体的分级结构和界面融合特性复制到了人工材料中,并赋予了这些材料生物节律和记忆功能。这些由天然构建块组成的水凝胶纤维,其电阻记忆效应类似于基本神经元,为无缝皮肤贴合和可植入生物电子设备提供了新的材料选择。这种材料的开发不仅推动了生物电子学的发展,也为未来智能生物医学设备的设计和制造开辟了新的道路。

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