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　　藤壶的胶水在水下表现出很高的粘合强度，其胶水具有耦合的粘合机制，包括氢键、静电力和疏水相互作用。

　　受这种粘附机理的启发，我的团队设计并构建了一种由PEI和PMAA的静电和氢键相互作用组装诱导的疏水相分离水凝胶，通过耦合氢键、静电力和疏水相互作用的作用，我们的凝胶材料表现出高达2.66±0.18MPa的超高机械强度。

　　在测试SEM之前，水凝胶样品需要先冷冻干燥，然后喷金，然后放入电子显微镜（日立，SU8010）观察其多孔结构，电压为10kV，放大倍数为200-10000倍。

　　凝胶样品的表面润湿性由接触角测试仪OCA-20机器进行测试，每次测试使用 2 μL 纯水，每次测试后更改不同的位置，从每个样本中获取 5 个数据值并取平均值。

　　将水溶性荧光素钠和油溶性DiI水和正己烷分别制备至10 nM溶液中，将样品放入其中染色，然后将染色后的样品放入尼康共聚焦显微镜C2系统进行观察。

　　藤壶胶含有大量的带电氨基酸和疏水成分，可以通过静电和疏水相互作用自组装形成具有水下粘附力的藤壶胶，受藤壶的启发。

　　我的团队设计了一种含有大量氨基和羧基的水凝胶，其中含有聚乙烯亚胺（PEI）和单体甲基丙烯酸（MAA），聚合由过硫酸铵（APS）引发，聚合后，这两种聚合物可以形成高强度的PMAA/PEI自组装水凝胶（以下简称PMAA/PEI凝胶）通过静电和氢键。

　　此外，当两个聚合物单元的摩尔比接近1：1时，PMAA/PEI凝胶中的MAA和PEI可以依靠内部氢键和离子键形成自组装结构，并且可以屏蔽电荷，从而使静电相互作用和外部氢键相互作用减弱，组装变得疏水。

　　然后疏水相互作用继续组装，得到相分离结构，显示了凝胶的聚合过程，可以看出，凝胶在室温下通过透明溶液聚合，仅需180 s左右即可完全固化成白色和硬凝胶，解释凝胶的聚合原理。

　　一方面，PEI可以作为过硫酸盐的促进剂，在室温下与过硫酸盐反应时，可以形成大量的自由基促进聚合，另一方面，PEI在溶液中带正电，会依靠静电力吸引带负电荷的甲基丙烯酸阴离子，因此非常有利于甲基丙烯酸的快速聚合和组装的形成。

　　PMAA/PEI凝胶不含化学交联剂，仅依靠两种聚合物之间的静电、氢键和疏水相互作用形成凝胶。

　　因此凝胶的最终性能与两种物质的比例有很大关系，具有不同聚合物单位摩尔比（PEI中的氨基与PMAA中的羧基的比例）的PMAA / PEI凝胶的照片，当PMAA：PEI=0.5时，凝胶网络整体带正电，由于PEI具有良好的亲水性，凝胶保持透明且强度低，但断裂伸长率超过3，000%。

　　当PMAA：PEI=1时，凝胶中的两种聚合物可以1：1组装，凝胶的强度也达到最高，当PMAA的比例进一步增加时，在PMAA过量的情况下，凝胶呈酸性，PMAA的亲水性会下降。

　　因此凝胶仍能保持良好的疏水组装相分离状态，强度只会略有下降，基于上述实验结果，PMAA：PEI = 1凝胶作为后续所有研究的研究对象。

　　PMAA/PEI凝胶具有非常明显的疏水性，当凝胶分别用亲水染料（荧光素钠，黄色荧光）和疏水染料（DiI，红色荧光）染色时，可以在激光共聚焦显微镜下观察到凝胶切片几乎完全红色。

　　因此它是由疏水染料染色的，但是，PMAA/PEI凝胶的表面可以用亲水染料染色，表明凝胶表面有亲水层，PMAA/PEI凝胶在空气中的接触角和硅油在水下的接触角，硅油在凝胶表面和内部的接触角表现出明显的差异。

　　分别为138.4 ±7.0°和115.5 ±8.1°，这表明凝胶内部具有更强的亲油性，这是因为凝胶表面未完全组装的聚合物链可以使凝胶表面更具亲水性，无法观察到凝胶的内部，因为它是不透明的，PMAA / PEI凝胶在空气中的水接触角，已达到70°以上，超过了疏水/亲水极限。

　　因此可以认为PMAA/PEI凝胶的表面是疏水的，在凝胶的制备过程中，其表面和内部没有经过不同的处理，所以可以推断凝胶的内部也是疏水的。

　　但是PMAA/PEI凝胶的内部网络实际上含有大量的水（约65%），而构成凝胶的两种聚合物也是亲水的，这表明凝胶内部的两个聚合物网络具有很强的组装能力，可以完全包裹水，我们进行了凝胶的溶剂置换实验。

　　实验证实，PMAA/PEI凝胶中的水可以被一些有机溶剂取代，如乙酸乙酯、硅油、正己烷等，对于乙酸乙酯，它甚至可以明显地进入凝胶网络，并使凝胶透明，上述实验证实，凝胶中存在大量的疏水网络，对许多有机溶剂的亲和力比水好。

　　作为一种含有大量水分的疏水性PMAA/PEI凝胶，其中存在明显的相分离结构，PMAA/PEI凝胶材料具有纳米尺寸的多孔结构，这表明凝胶中的聚合物已经组装成相对刚性的疏水网络，而原始水则填充在纳米级相分离形成的多孔结构中。

　　此外PMAA/PEI凝胶中大量的水填充多孔结构在外力挤出下也会变形，多孔结构中填充的水会被部分挤压，由于测试中使用的凝胶是PEI和PMAA的1：1 M比例，因此可以完全组装而不会残留在水中。

　　实验中用于测试挤出水pH值的pH试纸的检查结果接近pH=7，这也证明挤出水中几乎没有多余的PEI或PMAA残留物，即孔隙中的水几乎是纯净水。

　　PMAA/PEI凝胶作为一种水凝胶，不由化学交联剂组成，仅依靠氢键、离子键和疏水相互作用，对多种破坏性物质表现出很强的抵抗力。

　　PMAA / PEI凝胶在水中，30%GT，1%碳酸钠，1%碳酸氢钠，1%盐酸和1%SDS溶液浸泡24小时后表现出不同的溶胀状态，凝胶在水中表现出轻微收缩，这是由于凝胶中的疏水网络紧密所致。

　　然而在30%GT溶液中，凝胶几乎没有溶胀，这是因为PMAA/PEI凝胶是由离子键和氢键组装而成的，离子键很难被GT破坏，因此凝胶的溶胀性较弱，在1%碳酸钠溶液中，碳酸钠溶液的pH值可以达到10，这将严重降低PEI的电荷，PMAA网络的负电荷也会增加。

　　导致凝胶的离子键组装被破坏，因此凝胶具有非常明显的溶胀，1%碳酸氢钠溶液的pH值仅为8.在此pH值下，PEI的电荷受到的影响较小，因此凝胶仅显示微弱的溶胀，在1%盐酸中，pH值已达到约1.PMAA网络的负电荷基本被中和，而只有PEI网络保持正电荷。

　　凝胶表现出非常严重的溶胀并变得透明，表明PEI/PMAA的组装结构已被破坏，相分离和疏水相互作用基本消失，浸泡在SDS溶液中的凝胶在外观上没有明显的变化，但SDS能够参与疏水结构的组装，在随后的力学性能测试中表现出非常明显的差异。

　　PMAA/PEI凝胶具有很高的机械强度和对各种环境的耐受性，硅油在凝胶中分散高达25%后（与凝胶中聚合物的质量比相比），凝胶的拉伸强度仅略有下降。

　　一方面，PEI和MAA是两K8凯发官方网站亲性的，可以有效分散不与水混溶的硅油;另一方面，凝胶中存在大量的疏水性孔结构，这些分散的硅油可以直接填充在凝胶的疏水性孔结构中，而不会影响凝胶的主力网络结构，并且不会因这些硅油的添加而产生缺陷。

　　这表明一些硅油参与了凝胶网络结构中的疏水相互作用，拉伸时，这些硅油充当润滑剂，因此凝胶的伸长率增加，此外在这些力曲线中还有非常明显的颈缩点，这意味着在缩颈点附近，凝胶网络中弱的疏水相互作用力被外力破坏，疏水链之间的滑动使应力下降。

　　PMAA/PEI凝胶在几种有机溶剂中更换溶剂后，还可以表现出与硅油相同的机械性能变化。

　　PMAA/PEI凝胶在乙酸乙酯、正己烷和硅油中浸泡24 h的拉伸强度比浸泡在水中降低，但硅油和乙酸乙酯浸泡的凝胶断裂伸长率显著增加，这表明这些溶剂已经部分取代了凝胶中的水分，进入了凝胶中的疏水孔，起到了一定的润滑作用。

　　然而浸泡在乙醇中的凝胶强度显著提高，断裂伸长率显著降低，而模量增加，这是因为乙醇可以与水混溶，所以乙醇可以同时进入凝胶中的氢键组装结构和疏水孔，但是，乙醇的极性低于水，形成氢键的能力也弱于水。

　　由此可见在乙醇中浸泡后，凝胶的离子键组装得到加强，然后更换装配结构中的部分结合水，使装配结构更加紧凑，凝胶的力学性能变得更强，模量增加。

　　在酸、碱、SDS和硫氰酸胍溶液中浸泡后，PMAA/PEI凝胶的力学性能也表现出明显的变化，第一种是浸泡在盐酸中的PMAA / PEI凝胶，由于肿胀非常严重，其自身强度明显降低，甚至难以测量。

　　浸泡在1%碳酸钠溶液中的PMAA/PEI凝胶强度也明显下降，浸泡在碳酸氢钠溶液中的凝胶样品强度没有明显变化，因为碳酸氢钠溶液的碱度较弱，对凝胶的带电影响不大。

　　此外浸泡在30%GT溶液中的凝胶没有明显的溶胀和透明度变化，但其强度也明显下降，这是由于GT破坏了氢键，受影响较小的静电相互作用在维持凝胶的结构和部分强度方面起着作用，浸泡在1%SDS溶液中的凝胶样品的强度变化很大。

　　因为SDS不仅带电，而且具有亲水和疏水结构，因此它可以参与PMAA/PEI凝胶中的疏水和静电组装，在这个过程中，凝胶结构中的部分水将被SDS取代，由于SDS的分子比水的分子大得多，SDS的进入会填充更多的凝胶孔，使PMAA/PEI凝胶更加致密，导致凝胶的强度和模量显着增加。

　　在这项工作中，我的团队通过模仿藤壶胶的粘附原理设计了一种由PMAA / PEI组成的凝胶。

　　这种新型仿生凝胶不仅可以依靠其自身的高机械性能和多孔结构作为新型仿生材料，还可以作为新型仿生胶粘剂在多种有机溶剂中粘附，为新型胶粘剂提供了新的设计思路。

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