近日，中科院新疆理化所爆炸物安全科学自治区重点实验室窦新存团队在材料领域知名期刊《 Materials Horizons》发表了题为“Superior Water Anchoring Hydrogel Validated by Colorimetric Sensing”的研究成果。该研究提出一种亲疏交替网络锁水设计策略，并成功开发出一种高保湿性、高信号保真度的比色检测水凝胶基底材料，有效抑制了微小比色信号在基底中的扩散。博士研究生胡晓云为第一作者，窦新存研究员为通讯作者。
图一：优越水锚定水凝胶的设计策略
爆炸物比色检测通过特异性比色检测探针分子与目标分析物产生的特异性颜色信号反演目标物。然而，对于微米级目标颗粒与探针产生的颜色信号存在易扩散、保真度低，从而难以捕捉的难题。如何通过比色反应发生的基底设计，控制扩散动力学参数从而局域比色检测信号，对提升检测纳克以下微小目标颗粒的检测限具有十分重要的意义。保湿型水凝胶通过各种物理化学策略设计实现对水的扩散的有效抑制，目前国际上已有一系列保水策略被提出。如何提出一种有效的保水凝胶策略仍旧面临着巨大的挑战，也是国际上电子学、组织工程、生物医学设备等以水凝胶为平台的科研领域的研究热点。
研究人员基于水凝胶网络链状态及嵌段间客观存在的相互作用力，试图对凝胶中水的状态实现可控调节，并据此提出了一种由胶束和刚性链构建的亲疏水交替互穿水凝胶结构。该设计的核心要点在于通过亲水链对水分子的强键合以及疏水链褶皱角落对水分子的排斥效应达到对水的动力学活化能的有效降低，从而将更多的“自由水”锚定，降低扩散能力实现保湿。同时，为了有效便捷的评估水凝胶的保湿能力，进一步提出从颜色信号可视化特征参数保留角度评估其保水能力。在此基础上，该保水策略进一步通过加载尿素探针分子并用于微米级尿素颗粒的比色检测，而尿素与探针分子的作用产物的颜色扩散被显著抑制进一步验证了该策略的有效性。
该研究提出的水凝胶中“自由水”锚定设计策略对于爆炸物比色检测方法的发展具有重要意义，同时，有望为高性能保湿水凝胶以及高效比色水凝胶设备的开发开辟一种全新的设计思路。
该工作得到了国家及新疆自治区重点研发计划、国家自然科学基金、国家高层次人才特殊支持计划、中科院青年创新促进会等项目的资助。
来源：中科院新疆理化所安全科学实验室
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