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(lái)越多的關(guān)注。然而，提高這些水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)提高它們的韌性仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。最近，武漢大學(xué)科研人員提出了一種使用多模量組分的策略來(lái)制造強(qiáng)韌的纖維素-氧化石墨烯（GO）復(fù)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(qiáng)度和高韌性纖維素-GO 納米片復(fù)合水凝膠的關(guān)鍵參數(shù)；所制備的復(fù)合水凝膠在壓縮模式下的最高應(yīng)力和斷裂功分別達(dá)到 13.6 MPa 和 1.47 MJ/m3，在拉伸模式下分別達(dá)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(qiáng)和增韌機(jī)制。此外，復(fù)合水凝膠在近紅外輻射下對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱抗菌性能。團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，使用多模量組件的策略將激發(fā)新的設(shè)計(jì)原則，以開發(fā)用于生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、柔性生物電子學(xué)等的高強(qiáng)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(fù)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(xué)交聯(lián)的纖維素/GO 納米片堿凝膠（c）的照片。（d-g）DCCG 復(fù)合水凝膠（d）、拉伸前（頂部）和拉伸后（底部）的打結(jié)水凝膠（e）、承受 500 克負(fù)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(fù)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(chǔ)能模量 (G') 和損耗模量 (G'') 的時(shí)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(fù)合水凝膠的 FTIR 光譜（c）。具有不同 GO 含量的 DCC 水凝膠和 DCCG 復(fù)合水凝膠的典型拉曼光譜 (d) 和 DCCG 復(fù)合水凝膠的相應(yīng) 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(fù)合水凝膠的壓縮應(yīng)變-應(yīng)力曲線 (a-c)和拉伸應(yīng)變-應(yīng)力曲線 (d-f) 摩爾比 (c, f)。插圖顯示了低應(yīng)變范圍內(nèi)響應(yīng)的放大圖。各種水凝膠的壓縮（g）和拉伸（h）強(qiáng)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(fù)合水凝膠的熱紅外圖像 (a) 和 DCCG2-3 在交替開關(guān)光照射期間的光穩(wěn)定性 (2 W cm?2) 2) 五個(gè)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(duì)細(xì)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(guān)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(xué)蔡杰教授。