通过醇水交换实现自增强水凝胶：可调模量、高抗冲击性、可回收性以及三重信息加密功能

《Advanced Functional Materials》：Self-Reinforced Hydrogel via Alcohol–Water Exchange: Tunable Modulus, High Impact Resistance, Recyclability, and Triple Information Encryption

新型水凝胶通过溶剂交换策略实现动态模量调控（53.3倍提升），精准匹配皮肤区域模量（457-909 kPa），具备自增强特性（14,650.8 J/m2）、高耐久性（7500倍自重）及耐低温性能（-50°C）。提出三模态信息加密系统，并建立溶剂交换-物理协同机制。

　　

摘要

传统水凝胶存在静态力学性能差、环境脆弱性高以及功能单一性等问题，这些限制了它们在柔性电子设备和生物界面中的应用。本文提出了一种创新的“醇-水交换”策略，通过1,2-丙二醇（1,2-PG）的溶剂交换引发的熵驱动链聚集和纳米畴结晶过程，制备出一种自增强的聚（乙烯醇）-聚丙烯酸-丝素蛋白@1,2-丙二醇（VAS@1,2-PG）水凝胶。该方法实现了动态模量的调节（从53.3倍增加到1.28 MPa），精确匹配了人体不同部位的皮肤模量（前臂：457 kPa；小腿：680 kPa；面部：909 kPa）。双重物理交联机制（纳米晶畴和多价氢键）赋予了该水凝胶出色的韧性（断裂能：14,650.8 J m^?2）、抗穿刺能力和承载能力（可承受7500倍于自身重量的负荷）。同时，1,2-丙二醇还具有防冻保护作用，使水凝胶能够在-50°C的低温下保持性能。该水凝胶具有完全可逆的模量切换特性（12小时循环后模量恢复率超过90%）和闭环可回收性（强度保留率为0.23 MPa）。利用1,2-丙二醇的还原性和对刺激的响应性，研究人员开发了一种具有“读后销毁”功能的三模态（时间/温度/紫外线）信息加密系统。这项工作建立了一种溶剂交换与物理化学协同作用的范例，解决了下一代生物电子设备和安全设备在机械适应性、环境鲁棒性和智能响应性之间的长期矛盾。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。