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A Photoresponsive Hydrogel with Enhanced Photoefficiency and the Decoupled Process of Light Activation and Shape Changing for Precise Geometric Control.
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-07-23 , DOI: 10.1021/acsami.0c09475 Jiehao Chen 1 , Jiahe Huang 2 , Haohui Zhang 1 , Yuhang Hu 1, 2
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-07-23 , DOI: 10.1021/acsami.0c09475 Jiehao Chen 1 , Jiahe Huang 2 , Haohui Zhang 1 , Yuhang Hu 1, 2
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Traditional shape-morphing hydrogels rely on structural implementation of inhomogeneity inside the material during fabrication to realize predetermined complex shape change upon activation. In recent years, several systems with reprogrammable shape-morphing capabilities have been developed. Among those, the photoresponsive hydrogels offer the best spatial and temporal control. However, for most photoresponsive hydrogels, upon light irradiation, they simultaneously deform, which requires the projection of the light pattern to be continuously adaptive to the deforming gel. It is impractical for complex 3D morphing. In this paper, by incorporating two photodissociable molecules that can form a reactive ion couple upon light activation into one hydrogel, the light irradiation process is decoupled with the morphing process, and the consumption of the reactive ion couple drives the reversible photochemical reaction forward. Consequently, the photochemical reaction efficiency is improved, and the photoresponsive molecules are locked in the activated state until a recovery stimulus is applied. Based on the proposed general scheme, a specific example is given by incorporating the triphenylmethane leucohydroxide and 2-nitrobenzaldehyde molecules into a polyacrylamide hydrogel. The swelling behavior is characterized, and the reprogrammable morphing with precisely controlled geometry is demonstrated.
中文翻译：
具有增强的光效率的光敏水凝胶，以及光激活和形状改变的分离过程，可实现精确的几何控制。
传统的形变水凝胶依赖于制造过程中材料内部不均匀性的结构实现，以在激活时实现预定的复杂形状变化。近年来，已经开发了几种具有可重编程形状变形功能的系统。其中，光响应水凝胶可提供最佳的空间和时间控制。然而，对于大多数光响应性水凝胶而言，在光照射时它们同时变形，这要求光图案的投影连续地适应变形的凝胶。对于复杂的3D变形，这是不切实际的。在本文中，通过将可在光激活时形成反应离子对的两个光解离分子结合到一个水凝胶中，将光辐照过程与形变过程解耦，反应性离子对的消耗推动了可逆的光化学反应向前发展。因此，提高了光化学反应效率，并且将光敏分子锁定在激活状态，直到施加恢复刺激为止。基于所提出的一般方案，通过将三苯基甲烷亮醇盐和2-硝基苯甲醛分子掺入聚丙烯酰胺水凝胶中给出一个具体的例子。表征了溶胀行为，并演示了具有精确控制的几何形状的可重编程变形。基于所提出的一般方案，通过将三苯基甲烷亮醇氧化物和2-硝基苯甲醛分子掺入聚丙烯酰胺水凝胶中给出一个具体实例。表征了溶胀行为，并演示了具有精确控制的几何形状的可重编程变形。基于所提出的一般方案，通过将三苯基甲烷亮醇氧化物和2-硝基苯甲醛分子掺入聚丙烯酰胺水凝胶中给出一个具体实例。表征了溶胀行为，并演示了具有精确控制的几何形状的可重编程变形。
更新日期：2020-08-26
中文翻译：
具有增强的光效率的光敏水凝胶，以及光激活和形状改变的分离过程，可实现精确的几何控制。
传统的形变水凝胶依赖于制造过程中材料内部不均匀性的结构实现，以在激活时实现预定的复杂形状变化。近年来，已经开发了几种具有可重编程形状变形功能的系统。其中，光响应水凝胶可提供最佳的空间和时间控制。然而，对于大多数光响应性水凝胶而言，在光照射时它们同时变形，这要求光图案的投影连续地适应变形的凝胶。对于复杂的3D变形，这是不切实际的。在本文中，通过将可在光激活时形成反应离子对的两个光解离分子结合到一个水凝胶中，将光辐照过程与形变过程解耦，反应性离子对的消耗推动了可逆的光化学反应向前发展。因此，提高了光化学反应效率，并且将光敏分子锁定在激活状态，直到施加恢复刺激为止。基于所提出的一般方案，通过将三苯基甲烷亮醇盐和2-硝基苯甲醛分子掺入聚丙烯酰胺水凝胶中给出一个具体的例子。表征了溶胀行为，并演示了具有精确控制的几何形状的可重编程变形。基于所提出的一般方案，通过将三苯基甲烷亮醇氧化物和2-硝基苯甲醛分子掺入聚丙烯酰胺水凝胶中给出一个具体实例。表征了溶胀行为，并演示了具有精确控制的几何形状的可重编程变形。基于所提出的一般方案，通过将三苯基甲烷亮醇氧化物和2-硝基苯甲醛分子掺入聚丙烯酰胺水凝胶中给出一个具体实例。表征了溶胀行为，并演示了具有精确控制的几何形状的可重编程变形。
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