Воздухопроницаемые гидрогели через вязкоупругую фазовую сепарацию аэрогелей

Гидрогели широко используются в биомедицинских интерфейсах, где эффективный газообмен (например, O2, CO2) в среде с высоким содержанием воды имеет решающее значение. Однако гидрогели обладают изначально ограниченной эффективностью обмена воздухом из-за низкой растворимости (C) и диффузивности (D) неполярных газов в полярной водной среде. Это ограничение создает существенное препятствие для долгосрочных применений, таких как носимые медицинские мониторы и тканевая инженерия. Существующие методы повышения воздухопроницаемости страдают от низкой прочности и/или присущего компромисса между проницаемостью и содержанием воды (например, <50 об.%). В настоящей работе мы представляем стратегию, основанную на вязкоупругой фазовой сепарации (VPS), для создания неколлапсируемой, насыщенной воздухом сети в гидрогелях с высоким содержанием воды, достигая рекордной проницаемости кислорода 185 barrer при 70 об.% воды — что в десять раз превышает показатель для исходных гидрогелей. VPS, повсеместно встречающееся явление в мягком материале, используется для перемещения гидрофобных, сухих газовых частиц внутри гидрофильной, увлажненной среды в тонкую, стабильную трехмерную сеть. Этот подход обеспечивает простое и масштабируемое изготовление воздухопроницаемых гидрогелей с различной химией и форм-факторами. Физиологические испытания при непрерывном ношении в течение 10 дней подтвердили их эффективность в предотвращении накопления жидкости и поддержании здоровья кожи. Данная стратегия прокладывает путь для использования гидрогелей в долгосрочных биомедицинских приложениях, где критически важен эффективный и длительный газообмен. Вязкоупругая фазовая сепарация используется для получения неколлапсируемых, насыщенных воздухом сетей в гидрогелях с высоким содержанием воды, содержащих силикагелевые аэрогелевые шарики, что позволяет воздуху проходить через материал и обеспечивает десятикратное увеличение проницаемости кислорода по сравнению с исходными гидрогелями.