Multi-responsive hydrogel structures from patterned droplet networks

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作者
Florence G. Downs,David J. Lunn,Michael J. Booth,Joshua B. Sauer,William J. Ramsay,R. George Klemperer,Craig J. Hawker,Hagan Bayley
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:12 (4): 363-371 被引量:215
标识
DOI:10.1038/s41557-020-0444-1
摘要

Responsive hydrogels that undergo controlled shape changes in response to a range of stimuli are of interest for microscale soft robotic and biomedical devices. However, these applications require fabrication methods capable of preparing complex, heterogeneous materials. Here we report a new approach for making patterned, multi-material and multi-responsive hydrogels, on a micrometre to millimetre scale. Nanolitre aqueous pre-gel droplets were connected through lipid bilayers in predetermined architectures and photopolymerized to yield continuous hydrogel structures. By using this droplet network technology to pattern domains containing temperature-responsive or non-responsive hydrogels, structures that undergo reversible curling were produced. Through patterning of gold nanoparticle-containing domains into the hydrogels, light-activated shape change was achieved, while domains bearing magnetic particles allowed movement of the structures in a magnetic field. To highlight our technique, we generated a multi-responsive hydrogel that, at one temperature, could be moved through a constriction under a magnetic field and, at a second temperature, could grip and transport a cargo. Responsive hydrogels are of interest for a range of potential applications, including microscale soft robotic and biomedical devices. Now, a versatile fabrication approach has been developed to prepare patterned, multi-material and multi-responsive hydrogels. Pre-gel droplets are connected through lipid bilayers in predetermined architectures and photopolymerized to yield continuous hydrogel structures that respond to a variety of stimuli.
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