受鱿鱼启发研发出可捕获或释放热量的新材料
由于称为色素细胞的特殊细胞，鱿鱼、章鱼和墨鱼能够改变皮肤的颜色。科学家现在已经复制了这些细胞的工作方式，从而产生了一种灵活的材料，可以根据需要捕获或释放热量。
每个色素都含有一个色素囊，通常表现为一个小点。然而，当其中一个细胞周围的肌肉收缩时，该彩色囊变平成圆盘形状，使其看起来更大。因此，当许多相邻的色素囊全部彼此平坦时，动物的皮肤从基础颜色转变为其他颜色。
受此系统的启发，加州大学欧文分校的研究人员开发出一种材料，其中包含一层彼此相邻的微小金属“岛”。“在松弛的状态下，这些‘岛’聚集在一起，材料反射并捕获热量，就像传统的 Mylar太空毯一样，”该研究论文的第一作者、研究生Erica Leung说。“当材料被拉伸时，‘岛’分开，允许红外辐射通过并加热。”
Leung补充说，该材料重量轻、价格低廉、易于制造，可承受数千次拉伸和释放循环。科学家们希望未来这项技术能在太空毯等产品中使用，还能在建筑、服装等行业得以应用。
“人们在办公室里感到舒适的温度对每个人来说都略有不同，”该论文的共同作者、助理教授Alon Gorodetsky表示。“我们的发明可以调整衣服以适应室内每个人的舒适度。这可以节省30％到40％的供暖和空调能源使用。”
在展示这种服装如何起作用的演示中，科学家们用这种材料制作了一个袖子，可以通过类似魔术贴的附件手动拉伸或松开。该袖子成功地用于调节佩戴者前臂的皮肤温度。
新型低界面韧性除冰材料
在海军研究局的资助下，美国密歇根大学开发出一种新型除冰材料，其制成的喷涂涂层对冰具有低界面韧性，促使冰层与物体表面间形成裂缝，一旦形成裂缝仅需很小的作用力即可脱除大块冰层，并且不受结冰面积影响。测试表明，1m2铝板（模拟输电线）喷涂该涂层后，仅凭自重就能脱除附着的冰层。未来将进一步提高涂层耐久性，探索其在极地船舶、飞机、输电线路等领域的应用。
喷涂涂层的模拟除冰演示
一种从海水中高效提取铀的海绵状材料
核能是一种成熟的能源，可以持续提供大规模的电力，具有极高的能量密度和超低的温室气体排放。国际原子能机构预测核电将成为未来几十年的主要能源，这一预测预示着铀将成为核燃料的关键要素。虽然海水中铀的含量很大，但由于其浓度低（≈3.3ppb）以及海水中的高离子强度和竞争性金属离子，因此高效提取它是极具挑战性的。实验室研究的许多吸附剂，例如多孔有机聚合物、共价有机骨架、以及多孔方向骨架等，虽然具有较高的吸附能力，但它们呈现颗粒或粉末状态不容易收集，阻碍了其实际应用。目前，纤维基吸附剂被认为是实现从海水中提取铀的工业化最有前景的方法。
海南大学研究课题组和清华大学研究课题组合作，仿照自然海绵结构，提出一种高效海水铀吸附剂的杂化海绵。首先选择三聚氰胺海绵（MS）作为结构载体，以提供足够的机械强度。聚（酰亚胺二肟）（PIDO）用作选择性捕获铀的功能组分。然后，将海藻酸钠（Alg）与PIDO在碱性水溶液中混合以形成均匀的混合水凝胶前体溶液。通过简单的浸渍-干燥-交联工艺，形成超薄PIDO/Alg互穿聚合物网络（IPN）水凝胶层并均匀地包裹在MS基板的3D骨架上，使混合MS@PIDO/Alg海绵具有优异的铀吸附性能。
图1.MS @ PIDO / Alg混合海绵的制备和生产。
图2.PIDO/Alg水凝胶、MS@PIDO/Alg海绵及其各组分的表征。
图3.吸附前后铀水溶液的吸附性能和XPS研究。
图4.MS@PIDO/Alg海绵在铀注入海水中的吸附性能、解吸性能、可再利用性和选择性。
在这项研究中，受到天然海绵独特的中空和坚固的身体结构的启发，作者开发了一种新型的混合海绵，用于从天然海水中高效收集铀。市售的MS用作基材，以提供足够的机械强度以承受海洋环境的恶劣条件。PIDO作为选择性捕获铀的功能组分，在水溶液中水解并与藻酸盐混合。通过简单的浸渍-干燥-交联过程，形成超薄PIDO/Alg IPN水凝胶层并均匀地包裹在MS基底的3D骨架上。获得的MS@PIDO/Alg杂化海绵可用于各种环境中的铀吸附。首次报告了聚（酰亚胺二肟）水溶性的研究和第一次将聚（酰亚胺二肟）整合到水凝胶中，这极大地拓展了以酰亚胺和胺基肟为基材料的新型铀吸附剂的设计和制备策略。
水凝胶3D打印可快速生成复杂脉管
美国研究团队研发出新型生物打印技术，可快速生成有复杂内部结构的生物相容性水凝胶，用来模仿人体气管和血管等脉管系统，为未来人造功能性器官扫除一个重要的技术障碍。
人造功能性组织的最大障碍之一，是无法制造出复杂的脉管系统将营养物质运送至人体组织中。此外，人体器官中还包含独立的脉管网络，例如肺中的气管和血管以及肝脏中的胆管和血管，这些相互渗透的网络在物理上和生物化学上是相互缠绕的，结构本身与组织功能密切相关。
为了应对这一挑战，由美国莱斯大学的乔丹·米勒和华盛顿大学的凯利·史蒂文斯领导的研究团队开发出一种水凝胶3D打印技术。这种新的开源生物打印技术的核心是被称为“组织工程立体光刻仪”（SLATE）的设备和相应的蓝光吸收剂。该系统应用增材制造原理，在水凝胶预溶液中添加了蓝光吸收剂，使得吸收蓝光后凝固的水凝胶被限定在非常精细的一层中。
该系统可以在几分钟内生成具有复杂内部结构的生物相容性水凝胶。这使科学家们能够创造出复杂的脉管网络，模拟人体血液、空气和淋巴等物质的自然通道。
为了证明该研究的原理，科学家们生成了一个模拟肺泡的水凝胶模型，实验表明人造气管可将氧气输送至人造血管网络中，与人体肺泡的气体交换活动相似，红血球流经人造肺泡周围的血管网络时能够捕获氧气。此外，为了验证打印组织的生物兼容性，研究人员还将含有肝细胞的生物打印结构植入有慢性肝损伤的小鼠体内，结果显示，肝细胞能够在植入后存活。
利用患者自身组织细胞通过生物打印来生成移植用功能性器官一直是科学家们的梦想，因为它不仅能解决来源稀缺问题，还能防止器官排斥。不过，史蒂文斯表示，肝脏的功能有500种之多，这样的复杂性意味着目前尚没有人造物可以替代，但未来的生物打印器官有望实现这一目标。预计生物打印在20年内将成为医学的重要组成部分。
纤维素抗冻水凝胶研究领域取得突破性进展
近日，南京林业大学科研团队在化学领域顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》（《德国应用化学》）在线发表题为“Inorganic salt induced thermal reversible and anti-freezing cellulose hydrogels”的科研论文。该研究由化工院和理学院合作完成，化学工程学院教师张雄飞、理学院教师马晓峰和硕士研究生侯婷为共同第一作者，化工院姚建峰教授和理学院何明教授为共同通讯作者。
水凝胶作为最具潜力的新材料之一，在电子器件、软体机器人、药物释放、电子皮肤等领域具有重要的应用前景，成为业界科研人员的跟踪热点。传统的水凝胶材料在低温环境中容易结冰，机械性能下降，极大限制了它们的实际使用。
近日，南京林业大学在抗冻水凝胶研究领域取得突破性进展，成功以棉短绒纤维素为原料巧妙地利用羟基-金属离子配位作用制备了抗冻、热可逆、导电及可3D打印的纤维素基水凝胶材料。研究团队提出了无机盐诱导的水凝胶制备策略，无机盐溶液在特定条件下能实现对棉短绒纤维素的高效溶解，经溶胶-凝胶转换后无机盐金属离子稳定存在于凝胶网络中，借助无机盐的特性赋予了水凝胶低温抗冻的特性。该研究方法简单、环保、成本低廉，有望推动纤维素基水凝胶在极端低温环境中的实际应用。
来源：cnBeta、材料开发与应用、材料前沿科技、科技日报、中国聚合物网
