DOI: 10.1021/acsami.0c06164
水凝膠具有對環境刺激的超快速響應、穩固的結構完整性和快速的自我恢復能力，被認為是仿生材料和納米醫學等眾多應用的有希望的平臺。受肌動蛋白束狀纖維結構的啟發，通過充分利用弱非共價鍵和強共價交聯的半柔性電紡纖維網，開發了一種堅固且超快速的熱響應性纖維水凝膠（TFH）。TFH表現出超快的響應速度（10 s內）、快速的自恢復率（在10 s內達到74％）、可調節的拉伸強度（3-380 kPa）和對溫度的高韌性（約1560 J/m2）。在纖維網、纖維和分子尺度上，多尺度取向對材料的力學性能起著關鍵作用。此外，為了充分利用該TFH，制備了一種基于TFH的新型面條狀熱控蛋白質吸附水凝膠，該水凝膠具有高穩定性和超快吸附性能。這種受生物啟發的平臺有望成為人工皮膚和“智能”吸附膜載體，為組織工程和納米醫學提供獨特的生物活性環境。
圖1.（a）部分潤濕的E-P（N-A）的SEM圖像，（b）部分潤濕的E-P（N-A）-U30的SEM圖像。E-P（N-A）-U30的數碼照片：（c）干纖維氈,（d）纖維水凝膠浸入水（25℃）中10分鐘后，插圖顯示了材料在不同狀態下的內部纖維網絡。
圖2.長時間浸入水（25℃）中的纖維氈（E-P（N-A）-U30）的照片。纖維墊通過吸收大量水而轉變為纖維水凝膠，堅固的纖維網絡可以浸入水中超過一周而不溶解。
圖3.（a）通過熒光分子探針（ANS）對不同溫度下浸入水中的纖維狀水凝膠（E-P（N-A）-U30）的疏水強度分析。（b-i至b-vi）E-P（N-A）-U30纖維水凝膠的SEM圖像。穩定的形態和微纖維之間的附著力（b-i）。微纖維聚集成束（b-ii）。由于纖維聚集，在纖維網絡之間出現了較大的間隙（b-iii）。纖維水凝膠的不光滑表面，是因為在較高溫度下疏水團聚和相分離更強（b-vi）。
圖4.TFH在熱水中穩固、堅韌且可拉伸。（a）水下纖維水凝膠（40℃）的應力-應變曲線。（b）溫度對E-P（N-A）-U30水下機械性能的影響。以0.098 s-1的應變速率進行拉伸測試。（c）水下（40℃）不同應變（ε）的干纖維氈和纖維水凝膠（E-P（N-A）-U30）的X射線衍射（XRD）圖。（d）束狀纖維水凝膠具有很高的延展性，當在水下（40℃）拉伸時，纖維網絡會沿施加應變的方向排列。最終，疏水性聚集大分子的展開使得整個纖維水凝膠得以延伸至今。（e）與其他纖維水凝膠相比的機械性能。
圖5.在纖維水凝膠（EP（NA）-U30）的不同拉伸比ε下，（a-d）水下取向纖維結構和（a`-d`）多孔截面（40℃）的SEM圖，該圖說明了熱水中拉伸比的形態演變。紅色標記表示水下拉伸測試的方向。
圖6.（a）水下（40℃）拉伸纖維水凝膠（E-P（N-A）-U30）的照片。（b）隨著伸長率ε的增加，纖維水凝膠的循環載荷曲線。（c）雙網狀水凝膠的特征循環載荷曲線。（d）涂覆水凝膠（C-P（N-A）-U10，無纖維結構）和TFH（具有不同的交聯密度）的循環加載-卸載曲線。等待時間（10 s）是卸載過程的時間。（e）滯后能量和水凝膠的恢復率。（f）比較不同動態鍵體系的自恢復率。在水下（40℃）以0.098 s-1的應變率進行拉伸測試。（g）用光學顯微鏡原位觀察在不同應變下的拉伸纖維水凝膠的纖維結構演變（40℃）。
圖7.TFH的可轉換表面潤濕性。（a）在低于LCST（25℃）和（b）高于LCST（40℃）的溫度下拍攝的TFH上的水滴的照片。（c）在25℃下5 s內，動態水滴散布在TFH上的圖像。（d）親水和疏水狀態之間構象轉變的示意圖。
圖8.（a）在不同溫度下，含若丹明B的TFH在水下的尺寸變化。（b）在循環溫度下TFH的面積收縮率的循環變化。（c）通過改變溫度，使用面條狀水凝膠智能調節蛋白質的吸附；（c-i）面條狀纖維干樣品（“面條”的直徑約為500μm）；（c-ii）和（c-iii）面條狀水凝膠在25℃、（c-iv）和（cv）40℃時的熒光強度和熒光圖像。（d）示意圖顯示微米尺寸下，多孔擠壓對蛋白質溶液遷移的影響（藍色點代表蛋白質水溶液）（I），納米尺寸下尺寸排阻對蛋白質大分子的排斥和吸附作用示意圖（II）。（樣品：E-P（N-A）-U30））
