pH‐Based Regulation of Hydrogel Mechanical Properties Through Mussel‐Inspired Chemistry and Processing

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作者
Devin G. Barrett,Dominic E. Fullenkamp,Linghui He,Niels Holten‐Andersen,Ka Yee C. Lee,Phillip B. Messersmith
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:23 (9): 1111-1119 被引量:213
标识
DOI:10.1002/adfm.201201922
摘要

Abstract The mechanical holdfast of the mussel, the byssus, is processed at acidic pH yet functions at alkaline pH. Byssi are enriched in Fe 3+ and catechol‐containing proteins, species with chemical interactions that vary widely over the pH range of byssal processing. Currently, the link between pH, Fe 3+ ‐catechol reactions, and mechanical function is poorly understood. Herein, it is described how pH influences the mechanical performance of materials formed by reacting synthetic catechol polymers with Fe 3+ . Processing Fe 3+ ‐catechol polymer materials through a mussel‐mimetic acidic‐to‐alkaline pH change leads to mechanically tough materials based on a covalent network fortified by sacrificial Fe 3+ ‐catechol coordination bonds. These findings offer the first direct evidence of Fe 3+ ‐induced covalent cross‐linking of catechol polymers, reveal additional insight into the pH dependence and mechanical role of Fe 3+ ‐catechol interactions in mussel byssi, and illustrate the wide range of physical properties accessible in synthetic materials through mimicry of mussel‐protein chemistry and processing.
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