通过微相分离增强PEG水凝胶韧性的木聚糖接枝聚合物：热响应与光反应性分子组装在DLP 3D打印中的应用

这篇研究报道了新型热响应木聚糖接枝聚合物xylan-g-AGE的合成与应用，其能在温度变化时自组装形成微相分离结构，并通过DLP（Digital Light Processing）3D打印技术增强PEG（Polyethylene Glycol）水凝胶的韧性与刚度。该聚合物结合了热响应性（LCST, Lower Critical Solution Temperature）和光反应性，实现了“双化学独立域”策略，显著提升材料力学性能，并成功应用于导电水凝胶可穿戴应变传感器，为可持续生物聚合物在智能材料设计开辟新途径。

　　

1 引言

热响应聚合物作为智能材料的重要构建模块，能在温度变化下发生构象或相变，形成多样纳米结构，广泛应用于功能材料设计。当前研究焦点转向可持续生物聚合物，如天然多糖（如纤维素、淀粉），通过“接枝到”方法引入疏水侧链赋予热响应性。木聚糖（xylan）作为自然界第三丰富的可再生多糖，其去支链化形式（D-xylan）因β-1,4-键接木糖单元的线性结构和高反应活性，成为理想骨架材料。本研究首次报道了基于D-xylan的接枝聚合物xylan-g-allyl glycidyl ether（xylan-g-AGE），通过醚键修饰引入烯丙基缩水甘油醚（AGE），使其兼具热响应自组装和光反应性。利用DLP 3D打印技术，该聚合物可微调相分离，强化PEG水凝胶的力学性能，为可穿戴电子设备提供新方案。

2.1 材料设计原理

研究旨在通过xylan-g-AGE增强PEG水凝胶，并整合二维MXene片层制备导电材料。核心设计包括：xylan-g-AGE的合成（在碱性条件下将AGE接枝至D-xylan骨架），MXene的制备（通过HCl-LiF蚀刻和LiCl剥离获得单层至多层片层），以及DLP打印工艺。xylan-g-AGE在温度高于LCST时发生可逆相变，从溶解线圈链转变为自组装介观球体（mesoglobules），形成微米级相分离域。在光聚合中，溶胀态xylan-g-AGE通过高交联密度提升水凝胶刚度，而自组装态则通过双域结构（坚韧PEG域和柔软xylan域）优化韧性。

2.2 xylan-g-AGE的热响应性与自组装

合成通过核磁共振（NMR）确认，xylan-g-AGE的取代度（DS）达1.7–3.5，高于文献值，归因