南科大蒋伟教授课题组Nat. Chem.：剪切力诱导组装瞬态高度可拉伸水凝胶

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来源：研之成理

分子的自组装是生物系统中最常见的一种现象，能够实现多功能结构的构筑，从而应对复杂的外部环境。通过向大自然学校，科学家们利用分子之间的相互作用力能够实现分子之间的自组装，然而人工实现的分子自组装体大多为热力学平衡态下的产物。实际生命体中的分子自组装则多是在需要外界能量如光、电、磁等的驱动下完成的，是一种需要消耗能量的耗散自组装（Dissipative self-assembly），通过能量的消耗来维持非平衡态的功能状态。一般情况下，要实现耗散自组装需要至少两个反应或者过程，以及材料的两种状态来实现一个完整的循环，也就是通过能量的引入远离平衡态，通过能量的耗散来恢复到初始态。

在已报到的一些人工合成的耗散自组装系统中，材料通常表现出较差的机械性能。南方科技大学的蒋伟教授课题组在最新一期的Nature Chemistry报告了一种通过施加剪切力诱导的瞬态水凝胶。该材料具有高度的可拉伸性能和自修复性能。作者使用聚乙二醇通过氢键作用穿插聚呋喃轮烷构筑长链的管状高分子结构，并通过加入Cu（ii）作为高分子配位位点，从而实现材料的构筑。

本文亮点

1. 剧烈摇动带来的剪切力会将溶液转变成凝胶，随着时间的推移逐渐松弛回溶胶状态。

2. 材料的耗散自组装过程取决于剪切力诱导的从链内到链间配位以及热弛豫的转变。

3. 由于分子管在聚乙二醇链上的“摩擦”滑动，非平衡态的水凝胶具有高度可拉伸的性能。

图1. 材料的化学结构以及凝胶过程

图2. 剪切力诱导凝胶过程

图 3. 分子间的亲和力以及自组装的驱动力

图 4. 剪切力诱导及热弛豫机理 

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41557-019-0235-8

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