Multiresponsive Bilayer Hydrogel Actuator with Switchable Shape Morphing Capability and Visible Color/Fluorescence Change

材料科学 自愈水凝胶 荧光 双层 甲基丙烯酸酯 单体 肿胀 的 化学工程 pH指示剂 纳米技术 聚合物 高分子化学 化学 复合材料 有机化学 光学 物理 工程类 生物化学
作者
Shuaibing Wang,Xiaomin He,Gaopeng Wang,Si Yu Zheng,Jintao Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c06121
摘要

Bilayer hydrogels, endowed with multiresponsive and switchable color-changing properties, have garnered significant attention for bioinspired artificial intelligent materials. However, the design and fabrication of such hydrogels that can fully mimic the adaptation of the live organism, i.e., simultaneous changes in shape, fluorescent, and/or visible color, still remain significant challenges. Herein, a multiresponsive (e.g., temperature, salt, and pH) and multiadaptive (shape, fluorescent color, and visible color changes) hydrogel was fabricated by employing monomers featuring pH-responsive fluorescence 4-(2-(4-(dimethylamino) phenyl)-1-isocyanovinyl) phenol (DP) and switchable color-changing 4-(2-sulfethyl) −1-(4-vinylbenzyl) pyridinium betaine (VPES). The bilayer hydrogel comprises a temperature- and pH-responsive gel layer, poly(N-isopropylacrylamide-co-2-(dimethylamino) ethyl methacrylate), along with a pH-, temperature-, and salt-responsive gel layer, poly(acrylamide-co-2-(dimethylamino)ethyl methacrylate-co-VPES)@DP. Due to the opposite swelling/shrinking behavior between the two layers, the prepared hydrogel exhibits shape changes in response to thermal, salt, and pH stimuli, along with switchable fluorescent color and visible color change that originate from DP and polyVPES, respectively. Apart from multiresponsive behavior, this hydrogel also shows an excellent antifatigue property and high sensitivity, which makes it hold significant potential in many applications. We anticipate that this strategy to realize multiresponsive capability in this work can also inspire the design of the biomimetic smart materials.
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