Anisotropic robust Poly(vinyl alcohol) hydrogels inspired by bio-tissue

乙烯醇 材料科学 自愈水凝胶 各向异性 复合材料 高分子科学 化学工程 高分子化学 聚合物 工程类 光学 物理
作者
Qifeng Jin,Suli Xing,Su Ju,Ya Cao,Ke Duan,Jinguo Li,Yulin Zhang,Yonglyu He,Jinyao Chen,Jianwei Zhang
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier BV]
卷期号:250: 113613-113613 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2025.113613
摘要

Poly(vinyl alcohol) (PVA) hydrogels have enormous potential for tissue engineering and sensors owing to their biocompatibility, and tailorable mechanical properties. However, developing PVA hydrogels with high strength and toughness remains a significant challenge. In this work, inspired by bio-tissues that possess hierarchical anisotropic structures, a novel strong and tough PVA hydrogel was developed by using directional freeze-casting method and multiple physical bond-forming approach. The tensile strength and toughness of the resulted PVA hydrogel are 3.7 MPa and 3.27 MJ⋅m −3 , which are 7.7 times and 9.9 times greater than those of conventional PVA hydrogels produced by freeze-casting method. The excellent mechanical properties of developed PVA hydrogels are attributed to two aspects: 1) the constructed anisotropic aligned pore wall structures played a key role in distributing the stress and thus impede local crack initiation and propagation, and 2) the formation of abundant sacrificial hydrogen bonds which effectively dissipate energy through dynamic breaking and reformation. The research provides a feasible approach to fabricating bioinspired PVA hydrogels with hierarchical architectures and excellent mechanical performances. • Robust hydrogels with high strength and toughness were developed. • A hierarchical anisotropic multi-scale reinforcement strategy is proposed. • Anisotropic porous microstructures combined with multiple physical bonds of PVA hydrogels are realized.
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