汤建新教授课题组《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》：用于电子皮肤用的基于DNA的双网络水凝胶的设计
电子皮肤(e-skin)因其检测生理信息并通过电信号提供反馈的能力而被广泛研究。生物相容性刺激反应DNA基水凝胶具有高灵敏度，这使它们成为生物医学应用的杰出候选人。然而，机械性能弱、制造成本昂贵、双链设计繁琐、难以获得散装尺寸等几个缺点严重限制了它们的实际应用。betway必威中国汤建新教授课题组基于双网络策略，设计了一种通用、低成本、高韧性的DNA/pHEAA水凝胶。相关成果在2022年4月29日“Design of a DNA-Based Double Network Hydrogel for Electronic Skin Applications”发表在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》上。论文通讯作者是汤建新教授，第一作者是汤力博士。
研究人员首先将所有试剂(DNA、HEAA、NaBr和I2959)混合并在95℃下搅拌至溶液清澈透明。将热溶液快速注射到事先准备好的模具中，将模具置于室温下放置30分钟冷却。在冷却过程中，混合溶液中的DNA自发形成由NaBr诱导的第一个动态可逆刚性DNA网络。此外，利用紫外光引发HEAA单体的聚合，形成第二个柔软柔韧的pHEAA网络，没有化学交联剂，产生完全物理交联的DNA/pHEAADN水凝胶。
图1.a) DNA/pHEAA DN水凝胶制备工艺示意图，b) DNA/pHEAA DN水凝胶网络结构在拉伸和释放过程中的机理
DNA/pHEAA DN水凝胶的视觉性能如图2所示。图2a是由DNA/pHEAA DN水凝胶组成的雪花图案，说明它可以通过注射成型适应各种三维形状。此外，水凝胶不仅可以轻松拉起500g的重量(图2b)，而且在- 20℃下可以自由扭曲和弯曲(图2c)。更重要的是，水凝胶还表现出了优异的自恢复性能，在被用力按压后可以恢复其原始形状(图2d)。图2e为DNA/pHEAA DN水凝胶的透光率，在可见光下保持在约90%。如果不仔细观察，人们不会注意到图像上覆盖着一层水凝胶层。
图2.a)DNA/pHEAA DN水凝胶表现出优异的物理性能，b)复杂雪花图案的自由成形性能，能够举起500g的重量，c)耐冷冻性，d)良好的抗压性和自恢复性能，e)高透明度
该研究制备的透明水凝胶具有高韧性、优异的自我恢复和抗疲劳性能，这主要归因于网络间和网络内的动态可逆氢键。同时，NaBr的引入诱导DNA形成第一个网络，并为DN水凝胶提供了良好的导电性。基于DN水凝胶组装的电子皮肤不仅对不同拉伸应变下的变形响应迅速，而且实时提供连续稳定的运动信号。当志愿者穿上它时，它还可以提供精确的运动信号，以监测简单和微妙的动作。
图3.DNA/pHEAA DN水凝胶用于监测a)颈部弯曲，b)眨眼，c)吞咽，d)手指弯曲，e)手腕弯曲，f)膝关节弯曲，g)在手指弯曲周期中，智能手机通过预设的蓝牙程序接收到检测信号
在这项研究中，提出了一种简单、低成本的方法来构建基于双网络策略的高透明、高韧性、低模量、抗疲劳、低毒性和导电性的块体DNA基水凝胶，可用于许多应用，包括传感，电子皮肤和组织工程。
论文链接： https://doi.org/10.1002/admt.202200066
