Pressure-induced softening of locust bean gum hydrogels: A counterintuitive alternative to freeze–thaw stiffening

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作者
Wenbo Fu,Pu Qiao,Henghui Bai,Kaiyuan Shi,Xingbang Dong,Jiaqing Zhang,Zhaoxu Du,Jun 君 Kong 孔,Haotian Yang,Xi Zhang,Kezhan Zhang,Lei Su,Katsuyoshi Nishinari,Ho‐kwang Mao
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:123 (27): e2606761123-e2606761123
标识
DOI:10.1073/pnas.2606761123
摘要

Hydrogels have been widely used in biomedical and environmental applications, yet precise control of mechanical properties (quantified by elastic modulus, G') over a broad range remains essential for expanding their functionality. While pressure treatment typically enhances hydrogel strength through pressure-induced crosslinking, we report a counterintuitive phenomenon in locust bean gum (LBG) hydrogels: High-pressure processing induces softening rather than stiffening. Under repeated compression-decompression cycles up to 1.2 GPa, LBG hydrogels undergo progressive softening, with elastic modulus decreasing to approximately 31% of the initial value. Conversely, repeated freeze-thaw cycles enhance the modulus by approximately 2.3-fold. Scanning electron microscopy reveals a structural transition from a porous network to a flocculent morphology, corresponding to substantial alterations in elastic modulus and viscoelastic behavior. Mechanistic analysis suggests that pressure-induced disruption of hydrogen bonding, water redistribution, and structural rearrangement drive these changes. These findings demonstrate that pressure modulation can serve as a complementary method to conventional freeze-thaw treatment, offering precise control over hydrogel mechanical properties across a wide range.
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