研究人員開發出適用於3D列印的導電自愈水凝膠

治癒的能力曾經被認為只能歸功於生命，但由於技術的發展，這一情況有了一定的改變。目前，關於自修材料的研究已經做了大量的工作，目標是將其應用於電子、醫療器械等領域。然而，儘管對這些應用程序的研究已經開始，但仍有很多工作要做。當將自我修復材料帶入如機器人、人造皮膚等現實世界的應用中時，需要培養其他性能，如電導率等。

迄今為止，大多數自愈材料被設計為對外部刺激進行修復，如激光、溫度和電力等。這些非自主的自我修復系統與生物組織不同，因為它們在治癒之前仍然需要某種形式的干預，目標是創建能夠自己解決問題的材料。為此，電導率是關鍵性質。目前，研究人員已經創建了自主導電自愈材料，但由於缺乏拉伸性、壓力敏感性、體積導電性或整體機械性能等特性，它們在實際應用中表現不佳。

馬尼托巴大學的研究小組由機械工程、生物化學和醫學遺傳學助理教授Malcolm Xing領導，其提出了一種設計自愈材料的新方法，可以使其具備機械穩定、導電、癒合的性能。該研究發表在題為「Skin-Inspired Multicunctional Autonom-Intelductive Conductive Self-Healing Hydrogels with Pressure Sensitivity，Stretchability and 3D Printability」的論文中。研究人員解釋說：「該方法涉及物理和化學交聯的組合。水凝膠的自主內在自愈是通過聚（丙烯酸）和三價鐵離子的羧基之間的動態離子相互作用來實現的。共價交聯用於支持水凝膠的機械結構。在化學和物理交聯網路與聚吡咯網路的導電納米結構之間建立平衡，從而製作出雙網路水凝膠，其具有導電率、機械和電自愈性（在2分鐘內100％機械恢復）、超伸縮性（1500％）和壓力敏感性。

兩個步驟即可製備水凝膠。聚吡咯（PPY）與雙鍵裝飾的殼聚糖（DCh）連接，形成PPy接枝的殼聚糖（DCh-PPy）。丙烯酸（AA）單體在DCh-PPy中使用鐵離子聚合，產生雙網路水凝膠。材料的自主自愈性質通過AA和DCh-PPy之間的可逆離子相互作用產生。

如本文摘要所述，該材料能夠在兩分鐘內完全自身修復，並且還可在30秒內恢復其電性能的90％，而無需外部刺激。根據研究人員的說法，這種自主自愈能力以及剪切稀化行為使得水凝膠成為3D列印的理想材料，潛在應用包括軟機器人、仿生假體和健康監測系統。

研究人員補充說：「CSH水凝膠的實際潛力進一步體現在人體運動檢測及其3D列印性能方面。」

據悉，本文作者包括Mohammad Ali Darabi、Ali Khosrozadeh、Rene Mbeleck、Yuyu Liu，Qiang Chang、Junzi Jiang、Jun Cai、Quan Wang、Gaoxing Luo和Malcolm Xing。