Super‐Strong, Super‐Stiff, and Super‐Tough Fluorescent Alginate Fibers with Outstanding Tolerance to Extreme Conditions

荧光 材料科学 纳米技术 复合材料 光学 物理
作者
Zhongtao Wu,Kang Wang,Jia Chen,Jiahao Chang,Shanhui Zhu,Congxia Xie,Yun Liu,Zhen Wang,Lei Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (50): e2406163-e2406163 被引量:2
标识
DOI:10.1002/smll.202406163
摘要

The combination of multiple physical properties is of great importance for widening the application scenarios of biomaterials. It remains a great challenge to fabricate biomolecules-based fibers gaining both mechanical strength and toughness which are comparable to natural spider dragline silks. Here, by mimicking the structure of dragline silks, a high-performance fluorescent fiber Alg-TPEA-PEG is designed by non-covalently cross-linking the polysaccharide chains of alginate with AIEgen-based surfactant molecules as the flexible contact points. The non-covalent cross-linking network provides sufficient energy-dissipating slippage between polysaccharide chains, leading to Alg-TPEA-PEG with highly improved mechanical performances from the plastic strain stage. By successfully transferring the extraordinary mechanical performances of polysaccharide chains to macroscopic fibers, Alg-TPEA-PEG exhibits an outstanding breaking strength of 1.27 GPa, Young's modulus of 34.13 GPa, and toughness of 150.48 MJ m-3, which are comparable to those of dragline silk and outperforming other artificial materials. More importantly, both fluorescent and mechanical properties of Alg-TPEA-PEG can be well preserved under various harsh conditions, and the fluorescence and biocompatibility facilitate its biological and biomedical applications. This study affords a new biomimetic designing strategy for gaining super-strong, super-stiff, and super-tough fluorescent biomaterials.
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