Comb-type grafted hydrogels with rapid deswelling response to temperature changes

肿胀 的 自愈水凝胶 聚合物 侧链 动力学 扩散 溶剂 材料科学 化学 化学工程 高分子化学 复合材料 有机化学 热力学 工程类 物理 量子力学
作者
Ryo Yoshida,Katsumi Uchida,Yuzo Kaneko,Kiyotaka Sakai,Akihiko Kikuchi,Yasuhisa Sakurai,Teruo Okano
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:374 (6519): 240-242 被引量:1233
标识
DOI:10.1038/374240a0
摘要

MANY polymeric hydrogels undergo abrupt changes in volume in response to external stimuli such as changes in solvent composition1, pH2, electric field3 and temperature4–6. For several of the potential applications of these materials, such as 'smart' actuators, a fast response is needed. The kinetics of swelling and de-swelling in these gels are typically governed by diffusion-limited transport of the polymeric components of the network in water, the rate of which is inversely proportional to the square of the smallest dimension of the gel7–9. Several strategies have been explored for increasing the response dynamics10–14, such as introducing porosity14. Here we show that we can induce rapid de-swelling of a polymer hydrogel by tailoring the gel architecture at the molecular level. We prepare a crosslinked hydrogel in which the polymer chains bear grafted side chains; the latter create hydrophobic regions, aiding the expulsion of water from the network during collapse. Whereas similar gels lacking the grafted side chains can take more than a month to undergo full de-swelling, our materials collapse in about 20 minutes.
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