“Hydro-locking” 策略：拓宽水凝胶温度适用范围的创新之举

为解决水凝胶因温度变化失水或冻结变脆问题，研究人员开展 “hydro-locking” 策略研究，使水凝胶在?115° 至 143°C 保持柔软可拉伸，或助力极端温度下材料及生物保存观察。

　　水凝胶（Hydrogels）是由交联聚合物（cross-linked polymers ）与大量水溶胀形成的物质。在温度变化时，水的蒸发或冻结可能会导致水凝胶变得僵硬且易碎。研究人员引入了一种名为 “hydro-locking” 的策略，该策略旨在将水分子固定在水凝胶的聚合物网络（polymer network）内。这一过程通过使用硫酸（sulfuric acid）在水分子和聚合物之间建立牢固连接来实现。研究中还引入了一种牺牲性网络（sacrificial network），以防止主要的聚合物网络塌陷。在 “hydro-locking” 模式下，藻酸盐 - 聚丙烯酰胺（alginate-polyacrylamide ）双网络水凝胶在?115°C 至 143°C 的温度范围内仍能保持柔软和可拉伸。该策略适用于多种水凝胶和溶液，有望实现极端温度下材料甚至生物体的保存和观察。水凝胶的性能高度依赖于保持其高含水量，这通常将其使用温度限制在 0°C 至 100°C 之间，或者需要使用吸湿添加剂，又或者用离子液体替代水。Zhang 等人探索了一种不同的方法，即让水分子与聚合物网络结合（详见 Yu 和 Lin 撰写的展望文章）。研究人员以基于聚丙烯酸酯（polyacrylate）和藻酸盐（alginate）的双网络结构为起点，随后用浓硫酸处理并加热，将藻酸盐转化为碳纳米颗粒（carbon nanoparticles）。引入的硫酸根（sulfate groups）作为与水结合的强位点，而碳纳米颗粒则赋予凝胶电学和机械敏感性，使其能够在?115°C 至 143°C 的温度范围内使用。