北理工开发出一种能自发生长的水凝胶

近日，北京理工大学宇航学院张凯教授团队联合南方科技大学机械与能源工程系刘吉教授团队，受角质蛋白自生长行为的启发，提出了液态金属和水性单体溶液界面处的连续自由基聚合策略，并实现了水凝胶的自生长和再生长。团队以丙烯酰胺（AAm）单体为例，用液态金属镓铟合金（EGaIn）作为引发剂，EGaIn-AAm 水溶液界面处可以连续产生自由基，引发界面处单体聚合，生成PAAm 水凝胶；EGaIn 与水反应生成氢气，PAAm 水凝胶形成气孔，降低其密度，从而促进生长出的PAAm 水凝胶向上移动，并在界面处生长出新的PAAm 水凝胶。

该团队进一步将先前自生长得到的PAAm 水凝胶添加到AAm 单体溶液中，发现水凝胶可以继续生长，随着水凝胶材料的自发连续生长，在特定的容器管道内，这类自生长水凝胶可以沿着通道向上延伸，最终到达上层苹果形容器内。

左图为自生长水凝胶模仿自然藤本植物攀爬行为。

该团队将上述自生长的“动力”转化为“驱动力”，设计了一种基于自生长水凝胶的高效制动器，成功将一特定容器打开（约需53 N）。该团队研发的高含水量自生长水凝胶（质量分数71.5%）不需要输入任何额外能量，而且单位体积的驱动力显著高于已报道水凝胶类制动器。基于此，这些自生长水凝胶易于使用、可控、高效，特别适合用于微型设备或自发制动器。

该研究以Bioinspired self-growing hydrogels by harnessing the interfacial polymerization为题发表在Advanced Materials上。