背景介绍
水凝胶是一种高含水量，具有良好的生物相容性和柔韧性的材料，被广泛应用于医疗卫生，食品安全等领域。由于其具有与天然生物组织类似的力学性质，水凝胶在药物输送，组织工程，粘合剂，软体机器人等领域具有天然的优势。然而，水凝胶通常只具有单一的网络，由于缺乏结构复杂性，其机械强度和功能有限。因此，研究人员提出了众多方法来提高水凝胶机械强度（韧性），例如在水凝胶中加入纳米材料，或通过结构设计，提出了相互渗透的网络结构或双网络结构来提高其机械性能。
利用霍夫梅斯特效应来提高水凝胶的机械强度是另一种设计策略，它的原理是利用蛋白质在盐溶液中析出的效应来调控水凝胶的微观结构和物理性质，其处理简单有效，不涉及复杂的化学反应过程。
本文亮点
1. 该工作利用霍夫梅斯特效应制备了一种聚甲基丙烯酸2-羟乙酯（PHEMA）-明胶水凝胶致动器。该水凝胶可在离子溶液中表现出良好的致动响应。
图文解析
要点：
1. 图1为PHEMA-明胶水凝胶的合成示意图和水凝胶的结构分析
要点：
1. 图2显示了冻干水凝胶和在硫酸铵中处理过的水凝胶的横截面SEM图像的比较。冻干水凝胶显示出大多数水凝胶的典型多孔结构。纯明胶（H0G100）显示数十微米范围内最大的孔径。随着水凝胶中PHEMA含量的增加，由于形成相互渗透的结构，孔径减小，而纯PHEMA（H50G0）显示出纳米大小的孔隙。
要点：
1. 图3为H30G70水凝胶在冻干和硫酸铵处理后的放大SEM对比图，随着水凝胶中PHEMA含量的增加，观察到水凝胶的溶胀和吸水能力降低。
要点：
1. 为了评估水凝胶的组成和Hofmeister对水凝胶机械性能的影响，对硫酸铵处理前后的水凝胶进行了拉伸试验。从图4的结果可以看出，PHEMA-明胶水凝胶的拉伸强度和模量都随着水凝胶中PHEMA含量的增加而增加。
要点：
1. 图5进一步测量了HEMA-明胶水凝胶的机械性能与硫酸铵的浓度和浸泡时间的关系。
要点：
1. 图6测试了该水凝胶的能量耗散模式。
要点：
1. PHEMA-明胶的盐浓度响应性和可变形性显示出其在人造组织或生物致动器方面的潜在应用。为此，该工作用水凝胶设计了人造肌肉致动器，以模仿肌肉收缩和扩张的基本行为。
要点：
1. PHEMA-明胶水凝胶的可逆尺寸变化和高弹性赋予水凝胶良好的形状记忆特性。如图8所示，高度变形的水凝胶条在空气或3 M AS溶液中保持固定的扭曲形态超过1 天。当它浸入稀释的AS溶液中时，它在室温下15分钟内迅速恢复到其原始的形态结构。这表明PHEMA-明胶水凝胶表现出相当好的形状记忆特性。
第一作者：Jian Li
通讯作者：FuKe Wang
通讯单位：新加坡科学技术研究局
来源：碳材料前沿
参考文献：
doi.org/10.1021/acsami.2c01922