华东师范大学张利东团队在复杂中空水凝胶纤维上取得新进展

华东师范大学张利东团队提出非共轴微流体方案，成功制备出具有复杂几何形状的中空水凝胶纤维，并开发出磁控水凝胶微型机器人，在生物医学领域展现出巨大应用潜力。研究背景与挑战中空水凝胶在可控输送系统、软体驱动器和生物医学支架等领域具有广泛应用前景。传统制备方法主要依赖同轴挤出微流体装置，虽能有效制备轴向均匀的微米级中空水凝胶纤维，但难以实现复杂几何形状的构筑，限制了其在实际应用中的灵活性和功能性。创新方法与制备过程张利东研究员团队提出了一种非共轴微流体方案，通过制备海藻酸钠水溶液，并将其注入含有CuSO?和H?O?的三（羟甲基）氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中，利用一系列化学反应促使中空水凝胶微纤维的形成。该过程避免了使用同轴喷嘴，通过调节喷嘴和反应液面之间的距离，成功制备出具有复杂几何形状的中空水凝胶微纤维，包括单螺旋、双螺旋状、项链状和梯状等。形状控制与性能研究研究团队对不同形状的中空水凝胶纤维进行了详细研究，发现喷嘴的大小和流速对纤维的粗细和尺寸有显著影响。通过液体染料的流通实验，确定了水凝胶纤维的可灌注通道结构，验证了其在实际应用中的可行性。项链状中空水凝胶纤维的研究进一步揭示了其形成机理，并展示了喷嘴流速对微纤维节点尺寸和机械性能的影响。磁控水凝胶微型机器人的开发与应用为了证明潜在的应用价值，研究团队在2毫米长的中空微纤维内部负载Fe?O?磁性颗粒，制备了磁性响应水凝胶微型机器人。通过磁场驱动，实现了中空水凝胶机器人在水系统中的定向滚动或跳跃运动，展示了其良好的运动可控性和克服障碍物的能力。该微型机器人具有良好的生物兼容性，能够在血液浓度环境中实现可控运动，因此在清除血管阻塞方面具有巨大应用潜质。研究成果与发表以上相关成果发表在《Materials Horizons》上，论文的第一作者为华东师范大学化学与分子工程学院2019级直博生梁淑敏，通讯作者为张利东研究员。该研究不仅为复杂几何形状中空水凝胶纤维的制备提供了新方法，还为后续生物医学应用奠定了坚实基础，展示了中空水凝胶纤维在可控输送、软体驱动和生物医学支架等领域的广阔前景。