Bilayer hydrogel actuators with tight interfacial adhesion fully constructed from natural polysaccharides

自愈水凝胶 材料科学 生物相容性 肿胀 的 双层 化学工程 执行机构 壳聚糖 纤维素 纳米技术 水溶液 粘附 复合材料 高分子化学 化学 有机化学 冶金 工程类 电气工程 生物化学
作者
Jiangjiang Duan,Xichao Liang,Kunkun Zhu,Jinhua Guo,Lina Zhang
出处
期刊:Soft Matter [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:13 (2): 345-354 被引量:158
标识
DOI:10.1039/c6sm02089e
摘要

Smart hydrogel actuators with excellent biocompatibility and biodegradation are extremely desired for biomedical applications. Herein, we have constructed bio-hydrogel actuators inspired by the bilayer structures of plant organs from chitosan and cellulose/carboxymethylcellulose (CMC) solution in an alkali/urea aqueous system containing epichlorohydrin (ECH) as a crosslinker, and demonstrated tight adhesion between two layers through strong electrostatic attraction and chemical crosslinking. The bilayer hydrogels with excellent mechanical properties could carry out rapid, reversible, and repeated self-rolling deformation actuated by pH-triggered swelling/deswelling, and transformed into rings, tubules, and flower-, helix-, bamboo-, and wave-like shapes by effectively designing the geometric shape and size. The significant difference in the swelling behavior between the positively charged chitosan and the negatively charged cellulose/CMC layers generated enough force to actuate the performance of the hydrogels as soft grippers, smart encapsulators, and bioinspired lenses, showing potential applications in a wide range of fields including biomedicine, biomimetic machines, etc.

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