幾乎所有水凝膠中都存在的異質(zhì)結(jié)構(gòu)對所得的強(qiáng)度和韌性有重大影響。雖然已經(jīng)用電子顯微鏡觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但很難測量天然溶脹狀態(tài)下的原位局部聚合物濃度。最近，科研人員采用改進(jìn)的微電極技術(shù)(MET)來測量具有相分離結(jié)構(gòu)的異質(zhì)水凝膠的唐南電位。使用這種方法，團(tuán)隊成功地觀察到定量的原位聚合物濃度范圍從10.2μmol/L到數(shù)百mmol/L。

根據(jù)獲得的濃度分布，團(tuán)隊可以成功地評估分辨率小于0.8μm的內(nèi)部相分離結(jié)構(gòu)。使用MET，可以估計水凝膠的平均活性系數(shù)，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)密集相和稀疏相之間的濃度存在差異。證明MET是一種強(qiáng)大的方法，可以局部和定量測量水凝膠內(nèi)的聚電解質(zhì)濃度分布。此外，由于與聚電解質(zhì)的相似性，該方法可應(yīng)用于體內(nèi)細(xì)胞和器官。實現(xiàn)生物材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原位測定可能對局部尺度上受損和患病組織的表征具有重要意義。

圖1.電位測量實驗裝置示意圖。MET使用電壓表測量固定在參考溶液中的碳電極和以恒定速率插入測量樣品的玻璃電極之間的電位。固定玻璃電極的適配器與機(jī)械手相連，可在電位測量過程中以恒定速度連續(xù)插入測量樣品。玻璃電極的尖端直徑約為150 nm，包含3 M KClaq和Ag/AgCl線。

圖2.唐南電位與聚電解質(zhì)鏈密度之間的關(guān)系。

圖4.在不同二惡烷重量分?jǐn)?shù)的二惡烷/水混合溶劑中制備的相分離DN凝膠的TEM和MET評估。

圖5.從MET測量中獲得的分離DN凝膠的濃度分布和密相大小。

圖6.(a)MET探測范圍和空間分辨率的估計。(b)綠色矩形顯示TEM的測量截面。(c)插圖顯示了致密相的TEM圖像。(d,e)綠色球體顯示了MET的檢測范圍。

相關(guān)論文以題為In Situ Evaluation of the Polymer Concentration Distribution of Microphase-Separated Polyelectrolyte Hydrogels by the Microelectrode Technique發(fā)表在《Macromolecules》上。通訊作者是北海道大學(xué)Takayuki Kurokawa教授，和共同作者是龔劍萍教授等人。

參考文獻(xiàn)：doi.org/10.1021/acs.macromol.1c01435