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Biomimetic Microstructured Hydrogels with Thermal-Triggered Switchable Underwater Adhesion and Stable Antiswelling Property
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-07-24 , DOI: 10.1021/acsami.1c10051 Bo Zhang 1 , Lianghao Jia 1 , Jinrui Jiang 1 , Shanshan Wu 1 , Tao Xiang 1 , Shaobing Zhou 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-07-24 , DOI: 10.1021/acsami.1c10051 Bo Zhang 1 , Lianghao Jia 1 , Jinrui Jiang 1 , Shanshan Wu 1 , Tao Xiang 1 , Shaobing Zhou 1
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The design of hydrogels with switchable adhesion and stable antiswelling property in a wet environment has remained a challenge. Here, we report a biomimetic hydrogel that can adhere and detach on-demand on various material surfaces, which is realized by thermal-triggered switchable shape transformation on hexagonal micropillar patterned hydrogels. The hydrogels are cross-linked by two cross-linkers of poly(ethylene glycol) dimethacrylate and 2-ureidoethyl methacrylate, which guarantee the strong mechanical property and stable antiswelling property in a wet environment. The hydrogels can maintain stable water content in solutions with variable pH, temperature, and salt concentration, and the change in volume does not exceed 2%. In addition, due to the dynamical hydrogen bonds and dipole–dipole interaction in the hydrogels, the hydrogels exhibit a thermal-triggered shape-memory effect. The hydrogel can recover shape more than 80% in 15 s. Furthermore, inspired by the surface structure of tree-frog footpads, the hexagonal micropillar patterned hydrogels exhibit improved underwater adhesion strength. The underwater adhesion strength of hexagonal micropillar patterned hydrogels is seven times more than that of flat hydrogels. Based on the shape-memory effect of hydrogels, the adhesion strength can be altered by a thermal stimulus. The adhesion strength of the microstructures recovered from the hydrogel surface decreased to 15.4% of the initial adhesion strength. The switchable underwater adhesion of hydrogels can be applied in the fields of transfer printing, medical adhesives, mobile robots, etc.
中文翻译：
具有热触发可切换水下粘附和稳定抗膨胀性能的仿生微结构水凝胶
在潮湿环境中设计具有可切换粘附力和稳定抗膨胀性能的水凝胶仍然是一个挑战。在这里，我们报告了一种仿生水凝胶，它可以在各种材料表面上按需粘附和分离，这是通过六边形微柱图案水凝胶上的热触发可切换形状转换来实现的。水凝胶由聚（乙二醇）二甲基丙烯酸酯和2-脲基甲基丙烯酸乙酯两种交联剂交联而成，保证了在潮湿环境中的强机械性能和稳定的抗溶胀性能。水凝胶可以在不同pH值、温度和盐浓度的溶液中保持稳定的含水量，体积变化不超过2%。此外，由于水凝胶中的动态氢键和偶极-偶极相互作用，水凝胶表现出热触发的形状记忆效应。水凝胶可在 15 秒内恢复形状超过 80%。此外，受树蛙脚垫表面结构的启发，六边形微柱图案水凝胶表现出改善的水下粘附强度。六边形微柱图案水凝胶的水下粘附强度是扁平水凝胶的七倍。基于水凝胶的形状记忆效应，热刺激可以改变粘附强度。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。水凝胶可在 15 秒内恢复形状超过 80%。此外，受树蛙脚垫表面结构的启发，六边形微柱图案水凝胶表现出改善的水下粘附强度。六边形微柱图案水凝胶的水下粘附强度是扁平水凝胶的七倍。基于水凝胶的形状记忆效应，热刺激可以改变粘附强度。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。水凝胶可在 15 秒内恢复 80% 以上的形状。此外，受树蛙脚垫表面结构的启发，六边形微柱图案水凝胶表现出改善的水下粘附强度。六边形微柱图案水凝胶的水下粘附强度是扁平水凝胶的七倍。基于水凝胶的形状记忆效应，热刺激可以改变粘附强度。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。六边形微柱图案的水凝胶表现出改善的水下粘附强度。六边形微柱图案水凝胶的水下粘附强度是扁平水凝胶的七倍。基于水凝胶的形状记忆效应，热刺激可以改变粘附强度。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。六边形微柱图案的水凝胶表现出改善的水下粘附强度。六边形微柱图案水凝胶的水下粘附强度是扁平水凝胶的七倍。基于水凝胶的形状记忆效应，热刺激可以改变粘附强度。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。粘合强度可以通过热刺激改变。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。粘合强度可以通过热刺激改变。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。
更新日期：2021-08-04
中文翻译：
具有热触发可切换水下粘附和稳定抗膨胀性能的仿生微结构水凝胶
在潮湿环境中设计具有可切换粘附力和稳定抗膨胀性能的水凝胶仍然是一个挑战。在这里，我们报告了一种仿生水凝胶，它可以在各种材料表面上按需粘附和分离，这是通过六边形微柱图案水凝胶上的热触发可切换形状转换来实现的。水凝胶由聚（乙二醇）二甲基丙烯酸酯和2-脲基甲基丙烯酸乙酯两种交联剂交联而成，保证了在潮湿环境中的强机械性能和稳定的抗溶胀性能。水凝胶可以在不同pH值、温度和盐浓度的溶液中保持稳定的含水量，体积变化不超过2%。此外，由于水凝胶中的动态氢键和偶极-偶极相互作用，水凝胶表现出热触发的形状记忆效应。水凝胶可在 15 秒内恢复形状超过 80%。此外，受树蛙脚垫表面结构的启发，六边形微柱图案水凝胶表现出改善的水下粘附强度。六边形微柱图案水凝胶的水下粘附强度是扁平水凝胶的七倍。基于水凝胶的形状记忆效应，热刺激可以改变粘附强度。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。水凝胶可在 15 秒内恢复形状超过 80%。此外，受树蛙脚垫表面结构的启发，六边形微柱图案水凝胶表现出改善的水下粘附强度。六边形微柱图案水凝胶的水下粘附强度是扁平水凝胶的七倍。基于水凝胶的形状记忆效应，热刺激可以改变粘附强度。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。水凝胶可在 15 秒内恢复 80% 以上的形状。此外，受树蛙脚垫表面结构的启发，六边形微柱图案水凝胶表现出改善的水下粘附强度。六边形微柱图案水凝胶的水下粘附强度是扁平水凝胶的七倍。基于水凝胶的形状记忆效应，热刺激可以改变粘附强度。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。六边形微柱图案的水凝胶表现出改善的水下粘附强度。六边形微柱图案水凝胶的水下粘附强度是扁平水凝胶的七倍。基于水凝胶的形状记忆效应，热刺激可以改变粘附强度。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。六边形微柱图案的水凝胶表现出改善的水下粘附强度。六边形微柱图案水凝胶的水下粘附强度是扁平水凝胶的七倍。基于水凝胶的形状记忆效应，热刺激可以改变粘附强度。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。粘合强度可以通过热刺激改变。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。粘合强度可以通过热刺激改变。从水凝胶表面恢复的微结构的粘附强度降低到初始粘附强度的 15.4%。水凝胶的可切换水下粘附可应用于转移印刷、医用粘合剂、移动机器人等领域。
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