高分子水凝胶仿生设计、成型加工与可控变形

高分子水凝胶具有生物软组织类似的结构特征和对环境变化的智能响应，在传感驱动、组织工程等领域有很好的应用前景。以水凝胶作为半月板等结构复杂的生物组织的替代品需要水凝胶材料同时具备出色的力学性能和成型加工性能；以水凝胶材料构筑柔性驱动器件的关键在于如何构建复杂梯度结构来实现外界刺激下的可控变形,发现新的变形模式并揭示其变形机制。本次报告将汇报我们在以上两个方面的工作进展：（1）通过调控多种非共价键协同作用机制，制备了模量高达100 MPa的高强度水凝胶；通过将高分子合成与水凝胶强韧化过程分离，实现了高强度水凝胶的成型加工和结构控制。以聚合物高黏溶液作为打印材料，在凝固浴中3D打印实现物理交联和力学增强，可以构筑结构复杂可控的高强度水凝胶。（2）通过多步光刻的方法有效控制了水凝胶的组成与应力分布，从而实现可控三维变形；通过动态的局部刺激，图案化水凝胶具有多模态的运动能力。在此基础上，我们还发现周期性图案化水凝胶的局部变形相互影响，呈现协同效应；采用局部预溶胀调控独立单元的屈曲方向，可以实现图案化水凝胶多稳态三维构型的选择性控制。