近日，华东师范大学化学与分子工程学院张利东教授课题组在“一步法”构筑复杂多支凝胶微管方面取得重要进展，相关成果以“Hollow hydrogel networks for temperature-controlled water fluidics”为题发表于Chemical Communications（DOI: 10.1039/C8CC05396K），第一作者为博士一年级学生陈清。
水凝胶微管在生物及化学工程方面具有非常高的利用价值。通过对管内壁的修饰，可以实现有效的细胞粘附、催化分离、可控的流体力学等。然而，如何将普通的水凝胶薄膜转化为中空的凝胶微管一直是难以攻克的瓶颈。对于制备水凝胶中空管，已报道的方法多是采用模板法、挤出法或者是直接“film-to-tube”卷曲法。这些方法可以构筑1D结构的中空管，但很难实现3D多支化水凝胶微管的构筑。为此，张利东教授课题组开发了一种经济便捷的溶液法来构筑复杂多支水凝胶微管。
首先，作者通过薄膜切割或直接的溶液印刷制备出六元环网状结构的薄膜，然后将该单层水凝胶薄膜浸入CuSO4和H2O2的Tris-HCl缓冲溶液10-30 min后，薄膜快速吸水溶胀，并在薄膜溶胀体系内产生大量气体。气体溢出导致了溶胀的薄膜转化成为具有多孔壁的中空管，从而形成了相应形状的中空水凝胶微管（图1）。
图一、多支网络水凝胶微管的制备
（来源：Chem. Commun.）
作者利用该方法制备出的中空水凝胶微管可以完全保持薄膜的原始几何形状，因此，研究人员可以通过设计任意形状的薄膜来制备任意形状的水凝胶中空管。这种方法无需模板和模具，克服了以往方法的种种限制。
图二、该方法可以制备任意形状的水凝胶中空管。(a)多支中空管，(b) 蜂窝状中空管，(c) 扇形中空管，(d) 双星型中空管。
（来源：Chem. Commun.）
接着，该方法还能方便地制备各种具有3D结构的中空管，如中空的甲烷分子结构、蒽分子结构等。膜到管的转化，不但保持了膜的原始几何形状，且形成的中空结构相互连通无阻。
图三、制备的各种3D结构的中空管。(a) 中空水凝胶篮子，(b) 中空水凝胶三角锥，(c) 中空的甲烷分子结构，(d)中空的乙烷分子结构，(e) 菲结构，(f) 丙烷分子结构，(g) 富勒烯分子结构，(h) 金刚烷分子结构，(i) 甲苯分子结构，(j) 蒽分子结构。
（来源：Chem. Commun.）
进一步，作者将分离的两条水凝胶薄膜用水粘结一起，通过CuSO4和H2O2的Tris-HCl缓冲溶液处理后，仍可形成相互连通的中空水凝胶管。这种特殊的性质为制备结构复杂的中空水凝胶装置或器件提供了便利。
图四、相互连通的中空水凝胶管的制备
（来源：Chem. Commun.）
在膜到管的转化过程中，作者将温度敏感物质聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAM）定点植入管道，使得制备的水凝胶管具有温敏性，可以实现可控的流体输送。当流体温度在20 °C左右时，PNIPAM吸收流体溶胀堵塞管道，流体只能通过没有PNIPAM的管道。当流体温度在38 °C左右时，PNIPAM受热收缩，流体可以通过两条管道。
图五、温敏性水凝胶管的制备
（来源：Chem. Commun.）
该课题组一直聚焦于高分子智能薄膜的研究，除了有效转化水敏感薄膜到复杂多支水凝胶微管，近期还发展了一系列湿气及丙酮刺激响应薄膜，并深入探讨了刺激响应机理、动力学及潜在的应用性能。相关文章发表于ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 19123 （第一作者为研一学生韦江） 、ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, DOI 10.1021/acsami.8b09826（第一作者为本科三年级学生梁淑敏）、J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 8238–8243（第一作者为本科三年级学生涂雅清）。
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