顆粒在線訊：生物大分子衍生的水凝膠由于其良好的親水性、柔韌性、生物相容性和生物降解性而受到越來越多的關注。然而，提高這些水凝膠的機械強度，同時提高它們的韌性仍然是一項具有挑戰(zhàn)性的任務。最近，武漢大學科研人員提出了一種使用多模量組分的策略來制造強韌的纖維素-氧化石墨烯（GO）復合水凝膠。GO 納米片含量、GO 交聯(lián)劑與纖維素脫水葡萄糖單元的摩爾比和乙醇濃度是獲得高強度和高韌性纖維素-GO 納米片復合水凝膠的關鍵參數；所制備的復合水凝膠在壓縮模式下的最高應力和斷裂功分別達到 13.6 MPa 和 1.47 MJ/m3，在拉伸模式下分別達到 2.8 MPa 和 1.40 MJ/m3。討論了由多模量組分組成的水凝膠的增強和增韌機制。此外，復合水凝膠在近紅外輻射下對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現出優(yōu)異的光熱抗菌性能。團隊預計，使用多模量組件的策略將激發(fā)新的設計原則，以開發(fā)用于生物醫(yī)學設備、柔性生物電子學等的高強度和高韌性生物大分子衍生水凝膠。

圖 1. (a) 雙交聯(lián)纖維素/GO (DCCG) 復合水凝膠的制備示意圖。(b, c) GO 納米片-溶劑混合物（b，左）、纖維素/GO 納米片溶液（b，右）和化學交聯(lián)的纖維素/GO 納米片堿凝膠（c）的照片。（d-g）DCCG 復合水凝膠（d）、拉伸前（頂部）和拉伸后（底部）的打結水凝膠（e）、承受 500 克負載的水凝膠（5 毫米寬、0.25 毫米厚）的照片（ f) 和水凝膠（直徑 23 毫米，厚度 3.5 毫米），支撐其上放置的 2 公斤負載（g）。

圖 2. 纖維素溶液、含 2 wt% GO的纖維素溶液、添加 ECH的纖維素溶液的儲能模量 (G') 和損耗模量 (G'') 的時間 (a) 和頻率依賴性 (b) ECH:AGU 摩爾比為 0.86)，含有 2 wt% GO的纖維素溶液添加了 ECH（ECH:AGU 摩爾比為 0.86）。GO、DCC 水凝膠和不同 GO 含量的 DCCG 復合水凝膠的 FTIR 光譜（c）。具有不同 GO 含量的 DCC 水凝膠和 DCCG 復合水凝膠的典型拉曼光譜 (d) 和 DCCG 復合水凝膠的相應 ID/IG 圖 (e)。

圖 5. 具有不同 GO 含量 (a, c)、乙醇濃度 (b, e) 和 ECH:AGU 的 DCCG 復合水凝膠的壓縮應變-應力曲線 (a-c)和拉伸應變-應力曲線 (d-f) 摩爾比 (c, f)。插圖顯示了低應變范圍內響應的放大圖。各種水凝膠的壓縮（g）和拉伸（h）強度與模量的比較。

圖 6. 功率密度為 2 W cm?2 在 808 nm 激光照射下的 DCCG 復合水凝膠的熱紅外圖像 (a) 和 DCCG2-3 在交替開關光照射期間的光穩(wěn)定性 (2 W cm?2) 2) 五個循環(huán) (b)。條形圖顯示了大腸桿菌 (c) 和金黃色葡萄球菌的相對細菌存活率。（d）大腸桿菌（e，f）和金黃色葡萄球菌（g，h）在DCCG4-3上（e，g）和（f，h）NIR照射之前和之后的SEM圖像。

相關論文以題為Strong and Tough Cellulose–Graphene Oxide Composite Hydrogels by Multi-Modulus Components Strategy as Photothermal Antibacterial Platform發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。通訊作者是武漢大學蔡杰教授。