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到底什么是水凝膠？

化學家知道，你可以通過在水中稀釋固體水凝膠將其轉(zhuǎn)化為液體。如果你想反其道而行，那就只能增加水凝膠成分的濃度。

但在一次偶然的發(fā)現(xiàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種液體溶液，當它被稀釋時會過渡到固體水凝膠中——并通過添加更多的水再次回到液體中。

這種現(xiàn)象以前從未被描述過，并將在化學和生物學的許多領域具有重要應用。

荷蘭埃因霍溫理工大學有機化學教授、高級作家Bert Meijer表示：“你在第一堂化學課上學到的東西并不一定是成立的，這是非常有價值的”?！霸谙♂寱r，并非所有凝膠和溶液都根據(jù)定義成為液體”。

這項新研究已發(fā)表在《科學》雜志上。

什么是水凝膠？

水凝膠是由聚合物的3D網(wǎng)絡（由重復單元組成的分子）組成的含水凝膠，通過化學鍵物理纏繞和交聯(lián)在一起。

最知名和最廣泛使用的水凝膠是不起眼的果凍，這是年輕人和老年人最喜歡的甜點。

它是通過將明膠（從動物的皮膚、骨骼和結(jié)締組織中提取的膠原蛋白中提取的蛋白質(zhì)聚合物）溶解在溫水中制成的。

當混合物冷卻聚合物相互交聯(lián)時，形成一個容納水分子的網(wǎng)絡，形成固體水凝膠，這個過程可以通過再次提高溫度來逆轉(zhuǎn)。

水凝膠中的天然和/或合成聚合物可以通過幾種不同的機制可逆或不可逆地交聯(lián)?？茖W家使用溫度變化、酶、光、某些離子的存在以及化學基團之間的自發(fā)反應來形成交聯(lián)。

通過改變使用的聚合物和制造的交聯(lián)類型，水凝膠可以具有不同的性能和眾多的應用。有些是生物相容的，可以在體內(nèi)用于輸送藥物，另一些可以去除水中的污染物，有些甚至被用作軟機器人的制造材料，等等。

意外發(fā)現(xiàn)

這項研究的重點是當其兩個成分在水中處于特定比例時自行組裝的水凝膠。這些成分是苯-1,3,5-三羧酰胺（BTA-EG4），可以結(jié)合在一起形成超分子聚合物——和帶正電的離子表面活性劑。

當你通過加水來降低水凝膠的濃度時（不改變兩種成分之間的比例），凝膠會溶解并變成液體。

但在2019年一個令人驚訝的意外發(fā)現(xiàn)中，該研究團隊發(fā)現(xiàn)，如果溶液進一步稀釋，凝膠會再次形成。

埃因霍溫Meijer研究小組的化學工程師、主要作者Lu Su博士表示：“這是一個特殊的意外發(fā)現(xiàn)，他看到了更多的可能性”?！叭绻覀兡軌蛘故倦p重過渡呢？因此，從凝膠到液體，回到凝膠，再到液體，只需添加更多的水即可”。

令人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)情況正好如此——通過添加更多的水，凝膠將再次溶解到液體中。

通過額外的實驗，他們確定了活性物質(zhì)必須達到的正確比例以及發(fā)生轉(zhuǎn)變的濃度。這些過渡也是完全可逆的。因此，如果物質(zhì)的濃度增加，那么（從液體到凝膠到液體到凝膠）的過渡在同一點上會反向發(fā)生。

“這種水凝膠可能是應對現(xiàn)有挑戰(zhàn)的好方法，例如干細胞的培養(yǎng)”?！霸谀z中，細胞可以安全地分為三維，一旦足夠，你稀釋溶液，細胞可以立即使用。

“當然，訣竅是找到表現(xiàn)出這種行為但對細胞壁沒有反應或堅持它們的正確物質(zhì)。通過這種方式，該團隊的研究為其他領域的研究打開了一扇窗”。

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