中国林业科学研究院构建了强韧可逆粘附光触发分离的超分子水凝胶

随着人工智能的发展，类皮肤水凝胶电极等生物电子器件在可穿戴传感、软机器人等领域的应用备受关注。但存在现有水凝胶易断裂、动态粘附性低、环境稳定性差等问题，从而限制了其在柔性电子皮肤领域的应用。

中国林科院林化所刘鹤团队和武汉大学陈朝吉研究团队，从结构设计策略和实现水凝胶可逆粘附性之间的构效关系出发，采用纳米纤维素纤丝构建了一种具有强韧、可逆粘附和光触发分离性质的超分子水凝胶，在人机互动、智能电子和柔性可穿戴等领域具有广泛的应用潜力。通过引入纳米纤维素（CNFs）并对其进行多巴胺（DA）基团的化学接枝改性，然后将其与Fe³⁺离子、丙烯酸溶液混合后热引发交联得到的纤维素改性复合水凝胶（CNF-DA/PAA@Fe³⁺），具有优异的综合机械性能和良好的界面粘附性。借助实验测试和高斯模拟揭示了纤维素配位网络结构的动态转变机制受CNFs与Fe³⁺间类光芬顿反应的影响规律，研究发现纤维素与Fe³⁺间的结合能（−122.715 kcal/mol）远大于纤维素与Fe²⁺间的结合能（−49.773 kcal/mol），证实了纤维素与Fe³⁺之间存在强配位相互作用，且在紫外光的触发下能够与Fe²⁺发生动态解离，为阐明水凝胶可逆粘附和光触发分离的内在转变机制提供了理论支撑。本研究成果丰富了纤维素及其衍生物的功能化应用，并为植物纤维加工利用和生物质资源功能型新材料提供理论依据。

上述研究成果以“Cellulose nanofiber-mediated manifold dynamic synergy enabling adhesive and photo-detachable hydrogel for self-powered E-skin”为题在线发表于国际材料科学顶级期刊Nature Communications（一区Top期刊，IF=14.7）。林化所硕士研究生张蕾为论文第一作者，武汉大学博士研究生陈露为论文共同第一作者。本研究得到国家自然科学基金重大项目（31890774）和江苏省林业科技创新推广项目（LYKJ[2021]04）的资助。（张蕾/林化所）

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47986-y