Small Methods: 捕蝇草启发的结构色水凝胶驱动器

结构色水凝胶是具有结构色的光子晶体与智能响应性高分子水凝胶结合的产物。当水凝胶感受到外场如光、电、热、磁、力、化学环境等变化时,体积发生可逆的收缩或膨胀,导致光子晶体晶格间距可逆变化,从而引起材料表面的颜色发生变化。然而,目前报道的结构色水凝胶材料大多只能在水环境中工作,极大地限制了其应用范围。且将结构色水凝胶应用于软体驱动器领域的研究目前少有报道。

近日,东南大学生物科学与医学工程学院赵远锦教授领导的研究小组提出了一种捕蝇草仿生的双层水凝胶驱动器,可以在多种环境下完成复杂工作 。该结构色水凝胶材料采用两种具有相反温度响应性的高分子水凝胶组成双层结构,中间交联层为互相嵌套的反蛋白石结构,使材料产生结构色的同时增强两个水凝胶层之间的牢固性。当材料的温度发生变化时时,两个水凝胶层发生相反的体积变化,两层间产生具有方向性的液体流动,进而在双层水凝胶的内部形成水的自循环。这一特性避免了结构色水凝胶与外界环境的液体交换,使其可以脱离水环境工作。

该研究的最大意义在于,采用两种性质相反的智能响应性水凝胶构建结构色水凝胶以实现内部水循环,解决了水环境对结构色水凝胶材料的局限性,使其可以被应用于多种工作环境。这一材料在智能软体驱动器等研究领域具有巨大的潜力。

该研究成果以 “Bioinspired Bilayer Structural Color Hydrogel Actuator with Multi-environment Responsiveness and Survivability” 为题发表在Small Methods (DOI:10.1002/smtd.201900519)上。