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  水凝膠作為一種高度含水的三維網絡聚合物材料，在生物醫藥等領域有著廣闊的應用前景。隨著研究的不斷深入，水凝膠的機械強度雖然有了大幅提高，但在實際應用中仍面臨凝膠溶脹造成的強度下降的困擾。因此，制備抗溶脹型高強度多功能水凝膠成為該領域的一個重要課題。

  針對這一問題，金朝霞教授團隊提出了一種簡單通用的制備高強度雙交聯凝膠的新策略：通過利用聚合物與天然多酚化合物單寧酸（tannic acid, TA）多重氫鍵作用力，在已有的聚合物凝膠網絡中引入聚合物/單寧酸交聯網絡，可得到聚合物/單寧酸雙交聯水凝膠。該方法在兩種最常用的聚合物凝膠網絡體系，物理交聯型聚乙烯醇凝膠（PVA）以及化學交聯型聚丙烯酰胺凝膠（PAAm）中都可適用。由于上述雙交聯凝膠體系內存在聚合物/單寧酸多重氫鍵相互作用，凝膠表現出了優異的抗溶脹性。在機械性能方面，與原始單網絡凝膠相比，聚合物/單寧酸雙網絡凝膠的斷裂強度提高了一個數量級，斷裂拉伸比也提高了數倍。此外，由于凝膠具有抗溶脹性，溶脹平衡后的雙網絡凝膠同樣表現出了較高的機械強度。此外，氫鍵作為一種動態鍵也賦予了凝膠快速自恢復以及快速自修復的性能，單寧酸的多酚結構也使該雙交聯水凝膠對多種基底表現出了較高的粘附性。

圖1. (a) 聚合物-單寧酸雙交聯凝膠制備方法示意圖，(b) 單寧酸的化學結構式，(c) 聚乙烯醇與單寧酸的氫鍵相互作用，(d) 聚丙烯酰胺與單寧酸的氫鍵相互作用。

圖2. 聚合物/單寧酸水凝膠溶脹前后的拉伸應力應變曲線。(a, c) PVA/TA水凝膠，(b, d) PAAm/TA水凝膠。

  以上相關成果發表在Macromolecules (Macromolecules, 2018, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b02653)上。論文第一作者是中國人民大學化學系范海龍博士，目前在北海道大學龔劍萍教授課題組做博士后研究。論文通訊作者是中國人民大學化學系金朝霞教授。

  Hailong Fan, Jiahui Wang, and Zhaoxia Jin* “Tough, Swelling-Resistant, Self-Healing, and Adhesive Dual-Cross-Linked Hydrogels Based on Polymer–Tannic Acid Multiple Hydrogen Bonds”, Macromolecules, 2018, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b02653.

  該工作獲得了國家自然科學基金項目的資助。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.macromol.7b02653