Angew. Chem. ：pH调控氢键实现聚合物水凝胶可逆动态响应行为

近年来，关于刺激响应水凝胶的研究已经取得了显著进展。当前大多数刺激响应水凝胶关注于刺激条件下的平衡聚集和静态结构，这通常可以实现材料的形变、运动等功能。然而，外部刺激条件下形成非平衡聚集和动态结构来实现类似于“大脑”动态记忆和遗忘行为水凝胶的研究仍处于起步阶段。

近日，加拿大舍布鲁克大学赵越(Prof. Yue Zhao)教授和西北工业大学张秋禹教授合作，以传统的聚丙烯酸基水凝胶为研究对象，采用强氢键给体和强氢键受体组合策略，通过pH调控氢键实现了聚合物水凝胶可逆动态响应行为。

聚丙烯酸基水凝胶转移到酸溶液（HCl, 5.0 M, 50 mL）时，由于水凝胶中羧基质子化速率和水分子扩散速度的非对称性，局部形成高密度聚合物域，水分子被暂时锁在聚合物水凝胶中，形成非平衡聚集和动态结构，引起光的散射，水凝胶立即由透明转变为浑浊；水分子缓慢释放同时伴随着水凝胶自发从浑浊逐渐转变为透明；在酸溶液溶胀平衡的水凝胶转移至去离子水（pH 6.0, 50 mL）时，水凝胶中的羧基脱质子化，由于水凝胶中羧基脱质子化的非均一性，脱质子化程度高区域水含量高于脱质子化程度低区域，导致水凝胶再次由透明转变为浑浊；随着羧基的不断脱质子化同时伴随着水凝胶再次自发从浑浊逐渐转变为透明。SEM结果也观测到刺激条件下受挫结构的可逆调控。

研究发现在酸和去离子水的交替刺激下均可以在30 s实现水凝胶由透明转变为浑浊；同时通过改变酸强度、交联剂含量以及单体组成等因素均可以调控水凝胶由浑浊到透明所需要的时间，使水凝胶可逆动态响应行为具有可控性。

最终，通过局部光照引发聚合反应，引入互穿网络抑制其刺激响应性，使未光照部分保留其刺激响应性，获得特定图案信息pH调控下的可逆动态响应行为，实现水凝胶对信息的选择性记忆、遗忘及重新获取、擦除。该工作为开发类生命体材料提供了一种新的设计策略。

论文信息

Hydrogen Bonding Enables Polymer Hydrogels with pH-Induced Reversible Dynamic Responsive Behaviors

Ruidong Cheng，Mingwei Xu，Xuehui Zhang，Qiuyu Zhang，Yue Zhao

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202302900