High-Strength Magnetic Hydrogels with Photoweldability Made by Stepwise Assembly of Magnetic-Nanoparticle-Integrated Aramid Nanofiber Composites

自愈水凝胶 材料科学 乙烯醇 纳米纤维 磁性纳米粒子 纳米颗粒 纳米技术 人工肌肉 复合材料 静电纺丝 执行机构 聚合物 计算机科学 人工智能 高分子化学
作者
Zuochen Wang,Hengjia Zhu,Hegeng Li,Zhisheng Wang,Mingze Sun,Bin Yang,Yufeng Wang,Liqiu Wang,Lizhi Xu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (10): 9622-9632 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c03156
摘要

Hydrogels capable of transforming in response to a magnetic field hold great promise for applications in soft actuators and biomedical robots. However, achieving high mechanical strength and good manufacturability in magnetic hydrogels remains challenging. Here, inspired by natural load-bearing soft tissues, a class of composite magnetic hydrogels is developed with tissue-mimetic mechanical properties and photothermal welding/healing capability. In these hydrogels, a hybrid network involving aramid nanofibers, Fe3O4 nanoparticles, and poly(vinyl alcohol) is accomplished by a stepwise assembly of the functional components. The engineered interactions between nanoscale constituents enable facile materials processing and confer a combination of excellent mechanical properties, magnetism, water content, and porosity. Furthermore, the photothermal property of Fe3O4 nanoparticles organized around the nanofiber network allows near-infrared welding of the hydrogels, providing a versatile means to fabricate heterogeneous structures with custom designs. Complex modes of magnetic actuation are made possible with the manufactured heterogeneous hydrogel structures, suggesting opportunities for further applications in implantable soft robots, drug delivery systems, human-machine interactions, and other technologies.
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