AFM 最新成果！Advanced Functional Materials | 通过交错纳米颗粒组装实现水凝胶的优先界面工程

该研究以题为“Preferential Interfacial Engineering of Hydrogels via Interdigitated Nanoparticle Assembly”发表在Advanced Functional Materials上。

水凝胶因其固有的柔软性和生物相容性，在生物医学、电子和机器人应用等多个领域展现出巨大潜力。尽管具有这些优势，基于水凝胶的功能材料和器件的开发仍受到可与水溶胀水凝胶基质无缝且牢固集成的材料种类有限的制约。这种界面不相容性显著限制了其功能扩展和实际应用。本文提出了一种策略，通过使用相互交错的金属纳米颗粒（NP）组装在水凝胶表面形成纳米桥，从而实现水凝胶与广泛材料（包括聚合物、金属和生物组织）的简便集成。该方法基于配体交换辅助的纳米颗粒组装，诱导金属纳米颗粒与水凝胶基质之间产生强亲和力。部分暴露的纳米颗粒区域作为纳米桥，介导与功能组分甚至疏水组分的化学或物理键合。值得注意的是，这种方法能够有效利用以前被认为与水凝胶不相容的商用粘合剂作用于水凝胶，从而扩展其作为生物组织粘合剂的应用范围。本研究建立了一个广泛适用的平台，用于构建具有多功能界面兼容性的各种水凝胶基系统。

文献速览

图1

图2

对浸泡10分钟的INA水凝胶进行能量色散X射线光谱（EDS）分析，结果显示：(a) 金元素的俯视图；(b) 轴向元素分布图，左侧为综合元素分布，右侧为碳（上）和金（下）的单独分布，证实了金纳米颗粒在整个水凝胶网络中的均匀掺入和分布。(c) INA水凝胶的水接触角随浸泡时间的变化。(d) 裸水凝胶和INA水凝胶（1–30分钟）的傅里叶变换红外（FT-IR）光谱；插图：3000–3800 cm−1区域的放大图。(e) 裸水凝胶和涂有INA的PEG、PVA及PNIPAM水凝胶的照片。(f) TOA稳定的金、银和硫化铜纳米颗粒的透射电子显微镜（TEM）图像。(g) 与不同纳米颗粒组装的INA水凝胶的照片。

图3

(a) INA水凝胶胶带剥离测试的示意图。(b) 水接触角随剥离循环次数的变化。(c) INA水凝胶经过反复剥离（50次循环）前后表面的扫描电镜图。(d) INA水凝胶染料渗透测试的示意图。(e) 显示染料透过INA水凝胶并随后扩散至去离子水的实拍照片。(f) 金字塔形、圆锥形以及倒金字塔形结构水凝胶在INA涂层修饰前后的实拍照片，以及表面结构的放大光学图。

图4

(a) 示意图：通过在裸露纳米颗粒组装体表面构建自组装单分子层，利用多种小分子对INA水凝胶进行界面工程改性。(b) 经不同小分子连接剂处理后的INA水凝胶（浸泡时间：10分钟）的傅里叶变换红外光谱图。(c) 示意图：采用纸接触法对带有不同表面修饰的INA水凝胶进行空间图案化制备。(d) 在不同位置经不同小分子连接剂处理后的INA水凝胶（浸泡时间：10分钟）的实物照片，证明本方法具备图案化制备能力。

参考信息

Pub Date : 2026-08-31,

DOI:  10.1002/adfm.78036