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Advanced Materials:3秒自愈合、超塑性、300倍的超强拉伸的DNA液晶有机凝胶!
Zhuojun Meng,Qing Liu,Yi Zhang / 2021-11-12     阅读次数:71

 

【文章概述】

高分子软材料因其迷人的功能特性引起人们的极大兴趣,而DNA的凝胶结合分子识别能力和可编程性,可用于刺激响应材料和生物医学应用,成为具有吸引力的材料。虽然这些属性促进软物质DNA材料的许多功能,但它们相对较差的力学性能仍然是一个重大挑战,阻碍了它们在需要机械完整性和可调性的领域的实际应用。因此具有高度可拉伸、热塑性和自愈特性的刺激响应DNA凝胶材料显示出巨大的潜力。

【成果简介】

清华大学的刘凯教授、中国科学院长春应用化学研究所张洪杰院士团队的王帆副研究员和德国DWI-莱布尼茨互动材料研究所的Andreas Herrmann教授共同合作利用诱导中间相有序的超分子相互作用进行凝胶化原理,制备出具有优异的延展性、变形性、可塑性和生物相容性的DNA有机凝胶。经过实验测试,超分子键的性质使得水凝胶可以在3秒内完全自我愈合,有1MPa的极限拉伸强度,超过20 MPa的硬度和高达18mJ m-3的韧性。该项研究对DNA凝胶在智能材料和生物医学的应用有极大的促进作用。该材料符合奇材馆理念,后续开发值得期待!

【图文导图】

1 DNA 表面活性剂LC有机凝胶的制备和表征。

  (A) DNA 表面活性剂有机凝胶材料是通过DNA和阳离子表面活性剂的静电络合形成。

  (B) 在紫外光 (λexc = 365 nm)下捕获的冻干DNA-表面活性剂复合物和相应的甲苯溶胀有机凝胶的照片。

(C) 2000DNA-DDAB有机凝胶在甲苯中的POM分析。

(D) 有机凝胶的SAXS剖面。

2展示DNA表面活性剂LC有机凝胶的可拉伸性、可变形性和可塑性的照片。

  (A-D) 可拉伸DNA表面活性剂有机凝胶。

(E-G) 以不同图案排列并由玻璃基板固定的异形有机凝胶。

  (H, I) DNA表面活性剂有机凝胶的热塑性重塑。

(J-L) 抗单轴压缩的DNA表面活性剂LC有机凝胶。

3 dna -表面活性剂LC有机凝胶力学性能的研究。

(A, B)使用剪切流变仪对dna -表面活性剂有机凝胶材料进行动态力学分析。

(A) DNA长度对DNA- ddab - dmso有机凝胶存储模量(G)的影响。

(B)表面活性剂对有机凝胶在DMSO中的存储模量(G)的影响。

(C) 2000DNA-DDAB-DMSO有机凝胶的拉伸试验。

(D) ds2000-DDAB有机凝胶在DMSO(蓝线)THF(黑线)CHCl3(棕色线)中的应力-应变曲线。

(E, F, G)相应有机凝胶在DMSO, THF, CHCl3中的断裂强度,杨氏模量和韧性。

4 DNA-表面活性剂LC有机凝胶的快速自修复行为。

(A) 2000DNA-DDABDMSO有机凝胶被切成两部分。

(B)两个部分的表面被固定在一起,没有任何额外的能量输入。

(C) 5秒后获得愈合的有机凝胶。

(D)愈合后的试样可拉伸,无骨折。

(E) ds2000-DDAB有机凝胶在DMSO中的应力-应变曲线。

(F)愈合试样的刚度和韧性。

5纳米Fe3O4纳米粒子引入DNA-表面活性剂LC有机凝胶的磁场响应行为研究。

(A) 2000DNA-DDAB-Fe3O4有机凝胶在DMSO(8.5 wt% Fe3O4)中的POM分析。

 (B)有机凝胶相应的SAXS图谱。

(C) DNA-表面活性剂-Fe3O4有机凝胶向列中间相分子填充模型的表征

(D-F)显示2000DNA-DDAB-Fe3O4-DMSO有机凝胶的磁响应照片。

【奇材馆点评】

综上所述,作者为我们展示了基于DNA与含有柔性烷基链的表面活性剂的静电络合,并成功地开发出一类具有向列相序的DNA-LC有机凝胶。所获得的材料在有机溶剂中膨胀时形成超分子LC有机凝胶,表现出显著的延展性、变形性、刚度、韧性和可塑性。这种材料的拉伸到超过300倍的初始长度而不断,且该网络的超分子性质可在3秒内快速自愈,在环境条件下恢复其机械性能。这是第一个可以在如此短的时间内治愈的凝胶。作者提出分子相互作用如何决定DNA有机凝胶体系的体积特征还需要进一步的研究。期待后续的研究进展。

【论文信息】

Highly stiff and stretchable DNA liquid crystalline organogels with super plasticity, ultrafast selfhealing and magnetic response behaviors

Advanced Materials:(IF= 30.849

Pub Date 2021.11.03

https://doi.org/10.1002/adma.202106208

Zhuojun Meng,Qing Liu,Yi Zhang,Jing Sun,Chenjing Yang,Hongyan Li,Mark Loznik,Robert Göstl,Dong Chen,Fan Wang,Noel A. Clark,Hongjie Zhang,Andreas Herrmann,Kai Liu

Department of Chemistry Tsinghua University  100084, Beijing, China

 

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