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香港城市大學(xué)柴愚教授《Sci. Adv.》:給水加上“兩把鎖”助力全水相3D打印
2024-05-02  來源:高分子科技

  利用雙水相體系三維打印復(fù)雜的結(jié)構(gòu)已經(jīng)引起了生物醫(yī)藥領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而,當(dāng)前的三維打印手段更多是依靠諸如交聯(lián)、聚合等后處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的,從而導(dǎo)致打印的結(jié)構(gòu)喪失了液體特性。通過不同物質(zhì)間的靜電作用力實(shí)現(xiàn)水-水界面自組裝可以很好的解決這一問題,但其打印的三維結(jié)構(gòu)功能化單一,極大限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展。


  近期,香港城市大學(xué)柴愚教授團(tuán)隊(duì)及其合作者提出了一種構(gòu)建雙水相體系三維結(jié)構(gòu)的新策略。通過合成β-環(huán)糊精修飾的金納米粒子(βCD-AuNPs)和帶正電荷的偶氮苯基離子液體(Azo-IL)并分別分散于葡聚糖和聚乙二醇水溶液中,制備出具有光響應(yīng)的水-水界面。 


1. 具有分子識別的光響應(yīng)全水相三維打印。


  具有光響應(yīng)的βCD-AuNPs界面自組裝不僅提供了三維打印構(gòu)型的結(jié)構(gòu)完整性,還能控制雙水相間的物質(zhì)擴(kuò)散。以染料作為追蹤分子,隨著納米粒子與Azo-IL在界面自組裝,其擴(kuò)散過程逐漸被限制。當(dāng)施加UV光照后,染料再次向聚乙二醇相擴(kuò)散,同時(shí)打印的構(gòu)型也隨之被破壞。此為“單把鎖”。 


2. 利用主客體識別實(shí)現(xiàn)雙水相體系打印構(gòu)型的結(jié)構(gòu)和滲透性“單把鎖”。


  受生物系統(tǒng)特異性和非特異性作用的啟發(fā),通過引入羧酸根修飾的二氧化硅納米粒子,雙水相體系水-水界面實(shí)現(xiàn)了主客體作用和靜電作用的雙重自組裝。UV光使界面金粒子脫離導(dǎo)致滲透性變差,而對構(gòu)型結(jié)構(gòu)無影響。再加入酸破壞二氧化硅納米粒子和Azo-IL的靜電作用,導(dǎo)致構(gòu)型的結(jié)構(gòu)和滲透性均被破壞。此為“兩把鎖”:一把鎖結(jié)構(gòu),一把鎖滲透性,兩者互不干涉。


  此外,基于課題組在液-液界面表征方面的工作積累(Sci. Adv. 2020, 6, eabb8675Macromol. Chem. Phys. 2018, 219, 1700466Nano Lett. 2017, 17, 10, 6453–6457),該工作利用原子力顯微鏡(AFM)首次直接觀測到了水-水界面納米粒子自組裝的形貌圖,對研究顆粒在雙水相體系界面的組裝行為提供了全新的思路。 


3. 利用特異性和非特異性作用實(shí)現(xiàn)雙水相體系打印構(gòu)型的結(jié)構(gòu)和滲透性“兩把鎖”。


  相關(guān)工作以“Reconfigurable Aqueous 3D Printing with Adaptive Dual Locks為題發(fā)表在《Science Advances》上。香港城市大學(xué)博士生付昱晨為該論文的第一作者,香港城市大學(xué)柴愚教授通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、四川省自然科學(xué)基金和香港研究資助局的支持。


  原文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk4080


通訊作者簡介

柴愚,香港城市大學(xué)物理系教授,博士生導(dǎo)師。2016年于加拿大滑鐵盧大學(xué)獲得博士學(xué)位,2016-2019年以及2019-2020年分別于美國加州大學(xué)伯克利分校、美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究,2020年入職香港城市大學(xué)理學(xué)院物理系。課題組長期關(guān)注軟物質(zhì)在表界面的特殊性質(zhì)及行為并探索其在柔性器件等方面的潛在應(yīng)用,并常年招收具有化學(xué)、物理、材料、計(jì)算模擬等背景的碩士、博士。歡迎通過郵箱(yuchai@cityu.edu.hk)聯(lián)系交流。課題組主頁https://www.chailab.net/

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