以往，我們對流體釋放量的調控依賴于帶有隔離裝置的設備。這不僅難以連續性精確調節釋放量，而且也很難適用于監管和功能性整合方面。來自美國哈佛大學的Joanna Aizenberg研究組由生物組織自身調節功能想到將儲液隔室摻雜于超分子聚合物(脲-PDMS共聚物)凝膠基材中，并保持材料外表面具有一層薄薄的液膜。隔室、基材和表面層的動態流體交換使得材料表面能夠反復地起到自潤滑作用，同時也達到基材本身修復功能。當表面流體有耗散，或局部材料損壞時，聚合物交聯，液滴收縮和流體交換體系會通過動態反饋將儲存液體釋放出來。并且該動態反饋可通過體系光學透明性的變化數顯出來。

　　儲液隔室摻雜于超分子聚合物(脲-PDMS共聚物)凝膠修復性能;三維共聚焦熒光圖：上圖為破壞后半小時的照片;下圖為修復72小時后的照片

　　該制備體系需具備以下特征：第一，聚合物與儲存液滴之間要有化學親和力，且其成鍵強度既要足以穩定液滴，又不能影響鍵重組和誘導釋放，如超分子聚合物;第二，要有包覆液滴的動力學形成機制，如相分離。

　　其設計理念主要是基于以下條件：液滴-凝膠界面與其內部能量損失有關，EA=nAγgl，其中n、A和γgl分別表示液滴的數目、表面積和界面能。因此從熱力學角度考慮，這對液滴降低其表面積是有利的，但是相關聚合物鍵重組時候會產生動力學能阻，如果基材交聯成鍵的能量足以穩定住液滴，即Ebond10kBT，其中kB表示玻爾茲曼常數，T為凝膠溫度，體系將會處于亞穩態。與此同時，只要鋪展系數S= γga - (γla + γgl)>0，其中γga、γla、γgl分別為凝膠-空氣，液滴-空氣，凝膠-液滴之間的界面張力，凝膠外部表面將會涂覆一層穩定的液膜，且該液膜厚度取決于分離壓力，尤其是數十至數百納米范圍內。若該膜層遭到破壞，分離壓力將會產生一種驅動力進行修復，使其達到初始厚度。雖然初始分離壓力源于凝膠表面的范德華作用力，但是流體連貫性使得壓力也能夠作用于基材內部液滴。若Ebond 低于10kBT，該分離壓力也足以使儲存液滴得到釋放，且鍵重組會抑制任何由于液滴收縮引起的機械應力聚積。液滴尺寸的降低將會減弱材料本體的光散射，由于儲液量的減少，凝膠會變得更加透明，因而方便讀數。

　　制備方法大致如下：先將uPDMS共聚物，硅油和THF均相溶液在玻璃表面涂層，THF揮發使其在液-氣界面凝膠化，形成無液滴涂層。隨著溶劑進一步揮發，uPDMS在膜內部交聯，發生相分離：微米級油滴在溶液本體內開始成核，并通過相互融合不斷長大，以降低能量損失EA。最終在膜本體內發生凝膠化，穩定油滴并阻止其進一步融合。液滴最終尺寸大小與分布取決于相分離的動力學和凝膠化過程。

　　Figure 2 Characterization of thedroplet-embedded gel structure. THFevaporation from a solution of uPDMS2polymer, silicone oil and THF, and corresponding schematic of theself-formation of the droplet-embedded gel film: (i) homogeneous solution; (ii)phase separation; (iii) isolated liquid droplets trapped within the hydrogen-bondedcrosslinked gel

　　摘要速遞：

　　Dynamic polymer systems with self-regulated secretion for the control of surface properties and material healing

　　-Nature Materials

　　-doi:10.1038/nmat4325

　　-online 22 June 2015

　　Approaches for regulated fluid secretion, which typically rely on fluid encapsulation and release from a shelled compartment, do not usually allow a fine continuous modulation of secretion, and can be difficult to adapt for monitoring or function-integration purposes1, 2, 3, 4, 5. Here, we report self-regulated, self-reporting secretion systems consisting of liquid-storage compartments in a supramolecular polymer-gel matrix with a thin liquid layer on top, and demonstrate that dynamic liquid exchange between the compartments, matrix and surface layer allows repeated, responsive self-lubrication of the surface and cooperative healing of the matrix. Depletion of the surface liquid or local material damage induces secretion of the stored liquid via a dynamic feedback between polymer crosslinking, droplet shrinkage and liquid transport that can be read out through changes in the system’s optical transparency. We foresee diverse applications in fluid delivery, wetting and adhesion control, and material self-repair

　　高分子科學前沿編輯部

　　作者：Dr.Spcl DHU