據MIT新聞網報導，該校趙選賀副教授領導的團隊研發(fā)出一種薄的彈性層，可覆蓋在水凝膠上以防止脫水，讓水凝膠保持濕潤、靈活和彈性。

趙選賀副教授指出，他們的靈感來自人類皮膚，真皮層由于有表皮層保護，其中的神經和毛細血管，以及體內的肌肉和器官等不會失去水分。 而他們研發(fā)的彈性表層與水凝膠的黏著度，高于人類皮膚的表皮層和真皮層，并且更為堅固。該材料的彈性，能拉到原本長度的七倍。

該報導也指出，他們研發(fā)的技術，可以在這種復合材料中鋪下類似毛細血管的微小通道，并嘗試在材料中嵌入復合離子電路，以模擬神經網絡。

麻省總醫(yī)院和哈佛醫(yī)學院Syun-Hyun Yun副教授表示，彈性表層和水凝膠結合，可以產生很多新的應用，包括未來可以研制出植入身體的人工智能皮膚，以監(jiān)測人體健康狀況、檢測病原體，并輸入藥物。

趙選賀副教授希望未來可以發(fā)掘更多這種復合材料的潛力，包括應用于可穿戴電子設備、可控藥物傳輸繃帶，以及防脫水、電路嵌入隱形眼鏡等。

趙選賀副教授6月27日在“自然通信”（Nature Communications）雜志發(fā)表防止水凝膠脫水的技術論文，內容簡介如下：哺乳動物的皮膚是由類彈性體的表皮（Epidermis）和類水凝膠的真皮（Dermis）和皮下組織（Hypodermis）組成。表皮與真皮間具有強的界面（界面韌性 100 J/m2），并且皮膚中具有大量的微觀功能結構（如血管、淋巴等）。彈性體和水凝膠是兩類常見的高分子材料，但它們通常分開使用。設計和制備水凝膠/彈性體雜化材料通常會遇到三個方面的問題：（1）彈性體具有高的氧氣滲透性，造成水凝膠的自由基聚合或水凝膠在彈性體表面的共價反應困難；（2）彈性體表面的疏水性也限制了水凝膠與彈性體的有效鍵合；（3）預凝膠溶液滲入到彈性體中的功能結構中，造成彈性體的功能結構的破壞。因此，開發(fā)一種通用的設計和制備具有強界面韌性和微觀功能結構的水凝膠/彈性體雜化材料的方法是該領域中亟待解決的問題。

圖1.水凝膠/彈性體雜化材料制備和結構示意圖

趙選賀副教授針對上述問題，開發(fā)了一種制備水凝膠/彈性體雜化材料的通用方法。如圖1所示，他們將可以再反應形成高韌性凝膠的物理交聯(lián)水凝膠與經過苯甲酮浸泡處理的彈性體組裝在一起，再經過紫外光引發(fā)聚合，就形成了具有強韌界面的水凝膠/彈性體雜化材料（圖1d）。在制備物理交聯(lián)凝膠和彈性體時，還可以設計上功能結構（圖1a 和1b）。這些微功能結構在制備得到的水凝膠/彈性體雜化材料中得以保存，即使在受到拉伸形變的情況下也不破壞剝離。苯甲酮的浸泡處理使得彈性體的氧阻聚作用得到抑制，并且有利于與彈性體與水凝膠的共價鍵合。

圖2.彈性體的處理和水凝膠的韌性對水凝膠/彈性體雜化材料界面穩(wěn)定性的影響

剝離實驗結果顯示，水凝膠/彈性體雜化材料的界面韌性能達到~1500 J/m2。圖2的結果顯示，彈性體用苯甲酮處理和水凝膠本身的韌性對于形成強韌界面的水凝膠/彈性體雜化材料都是必不可少的。可以發(fā)現(xiàn)，只有兩種條件兼?zhèn)涞那闆r下，制備的水凝膠/彈性體雜化材料在拉伸的過程中水凝膠與彈性體才不會發(fā)生明顯的剝離現(xiàn)象。

圖3.含有微流控通道的水凝膠/彈性體雜化材料及其拉伸下的穩(wěn)定性

這種強韌界面對于彈性體或凝膠中的功能結構也至關重要，從圖3可以看到，彈性體中的微流控通道在水凝膠/彈性體雜化材料中得以保存，即使在拉伸條件下也不發(fā)生破壞。

圖4.導電水凝膠/彈性體雜化材料

從圖4可以看到，導電的水凝膠電路即使在拉伸的情況下也可以工作，而如果水凝膠與彈性體間沒有強的界面韌性，在拉伸的過程中，凝膠就會與彈性體發(fā)生剝離造成電路通道破壞。

圖5.彈性體包覆的水凝膠具有很好的抗脫水性能

另外，他們還發(fā)現(xiàn)水凝膠表面如果包覆一層彈性體則能有效抑制水凝膠的脫水（圖5）。

他們設計開發(fā)制備水凝膠/彈性體雜化材料的方法不局限于特定的高韌性水凝膠和彈性體，因此，多種水凝膠（如PAAm-alginate, PAAm-hyaluronan, PAAm-chitosan,PEGDA-alginate 和PEGDA-hyaluronan）和多種彈性體（如polydimethylsiloxane Sylgard184 , polyurethane,latex, VHB, Ecoflex）的組合都可以獲得強韌界面的雜化材料。他們的設計方法及其設計的具有微功能結構的水凝膠/彈性體雜化材料將在柔性生物電子器件、組織工程和生物醫(yī)藥中將得到更好的應用。