毛状凝胶：模拟动物和植物组织的毛状结构及其相应特性

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Hairy Gels: Mimicking the Hair-Covered Architecture and Responses of Animal and Plant Tissues

本研究开发了一种通过模板引导的“inside-out”聚合技术，成功制备兼具刺激响应性和高比表面积的柔性毛发水凝胶材料。该材料可通过调控单体与交联剂配比优化化学及力学性能，并精确调节毛发直径、长度及间距等几何参数。实验表明，毛发结构使基材表面积增加10倍，显著提升溶质吸附速率。同时，材料在磁场刺激或溶剂性质变化时可诱导毛发定向排列及管状折叠，模拟捕蝇堇捕食机制。

　　

许多动植物组织表面覆盖着细小的毛发或丝状物（称为纤毛、绒毛、触手等）。这些毛发具有重要的功能，包括保护组织免受外界因素的侵害、附着在猎物上以及增强营养物质的吸收。在这里，我们介绍了一种制造表面覆盖有毛发的柔软材料的方法。这种材料的基体和毛发都属于“水凝胶”（即含水聚合物网络）。毛发的生长过程是通过模板引导的“由内向外”的聚合反应实现的。通过精心选择用于聚合的单体和交联剂，我们可以控制基体和毛发的化学性质及机械性能。此外，我们还可以调节所有几何参数，如毛发的直径、长度和间距。毛发使基体凝胶的表面积增加了10倍，从而使带有毛发的凝胶比裸露的凝胶能更快地吸收溶质。我们还能在同一表面上制造出不同类型的毛发结构，其中一些毛发能够对磁场等刺激作出反应。最后，当受到特定刺激（例如溶剂性质的变化）时，这些覆盖毛发的凝胶会折叠成管状结构。在折叠后的管状结构中，毛发可以装饰其内外表面。这种毛状凝胶的折叠方式类似于茅膏菜叶片的折叠机制，用于捕捉猎物。