近日，華東理工大學(xué)化工學(xué)院特聘研究員王義明與郭旭虹教授團(tuán)隊(duì)在仿生自組裝水凝膠領(lǐng)域的研究工作中取得了新進(jìn)展，研究成果以“Biomimetic strain-stiffening self-assembled hydrogels”為題發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上，并被選為當(dāng)期的底封。
生物組織是由蛋白質(zhì)砌塊組裝得到的半柔性（Semiflexible）生物微絲交織而成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在應(yīng)對(duì)外界機(jī)械力的刺激時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)特性（Strain-stiffening），以保護(hù)機(jī)體免受外界應(yīng)力的傷害。長(zhǎng)期以來(lái)，人們利用小分子砌塊，通過(guò)超分子組裝的方式，制備出了一系列類似生物組織的超分子水凝膠材料，并在生物醫(yī)藥、仿生、光電等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。然而，生物組織所表現(xiàn)出的應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)特性在人工合成型超分子水凝膠材料中極其罕見(jiàn)。
該團(tuán)隊(duì)在前期工作中建立了一多組分超分子水凝膠系統(tǒng)（J. Am. Chem. Soc.2019,141, 2847），并發(fā)展了利用成核干擾的手段控制各組分在超分子纖維中的組成的調(diào)控方法（Angew. Chem. Int. Ed.2019,58, 3800）。據(jù)此，團(tuán)隊(duì)借助類似的調(diào)控手段，通過(guò)控制超分子纖維的分子組成，組裝得到了半柔性的凝膠纖維，使得所制備出的超分子水凝膠材料表現(xiàn)出類似生物組織的應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)特性。此外，該項(xiàng)工作通過(guò)凝膠因子和磷脂分子的正交組裝，構(gòu)建了具有應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)特性的脂質(zhì)體復(fù)合超分子水凝膠材料，深度模擬了生物組織的結(jié)構(gòu)與功能。該工作對(duì)推動(dòng)具有機(jī)械響應(yīng)性的仿生軟物質(zhì)材料的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義，所構(gòu)筑的具有應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)特性的脂質(zhì)體復(fù)合超分子水凝膠可作為理想的人工組織模型，用于研究生物組織在外界應(yīng)力刺激下，細(xì)胞及蛋白微絲網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)機(jī)制。
論文的第一作者為化工學(xué)院特聘研究員王義明，通訊作者為合作伙伴荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Jan H. van Esch教授，徐至教授與郭旭虹教授在材料表征及數(shù)據(jù)分析上提供了幫助與支持。該項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、華東理工大學(xué)創(chuàng)新人才項(xiàng)目專項(xiàng)基金的支持。
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