伊利(li)诺伊大学厄巴(ba)纳-香槟(bin)分校的(de)(de)R. M. Espinosa-Marzal教授(shou)及其研(yan)究(jiu)团队通(tong)过表(biao)(biao)面(mian)接(jie)枝的(de)(de)方法，构(gou)(gou)筑了(le)(le)表(biao)(biao)面(mian)受限的(de)(de)与丙(bing)(bing)烯酸(suan)共聚(ju)的(de)(de)聚(ju)丙(bing)(bing)烯酰胺(an)水凝胶(jiao)，其表(biao)(biao)面(mian)形(xing)貌以及各类(lei)力(li)学性(xing)(xing)(xing)质(zhi)，包括流变性(xing)(xing)(xing)、粘附(fu)性(xing)(xing)(xing)和摩擦力(li)可通(tong)过共聚(ju)物(wu)中(zhong)丙(bing)(bing)烯酸(suan)含量(liang)进行调控。作(zuo)者利(li)用原子力(li)显(xian)微(wei)镜（AFM）直(zhi)观(guan)表(biao)(biao)征(zheng)了(le)(le)不同(tong)丙(bing)(bing)烯酸(suan)含量(liang)共聚(ju)物(wu)的(de)(de)微(wei)相(xiang)分离行为(wei)，形(xing)成胶(jiao)束(shu)或片层结(jie)(jie)构(gou)(gou)，并进一步地显(xian)示其中(zhong)刚度和粘附(fu)力(li)分布。宏观(guan)表(biao)(biao)征(zheng)说(shuo)明该共聚(ju)物(wu)水凝胶(jiao)的(de)(de)相(xiang)分离来源(yuan)于其结(jie)(jie)构(gou)(gou)中(zhong)氢键(jian)、静电相(xiang)互作(zuo)用和渗透活(huo)性(xing)(xing)(xing)电荷减少(shao)之间的(de)(de)平衡。作(zuo)者还(hai)利(li)用AFM表(biao)(biao)征(zheng)了(le)(le)水凝胶(jiao)胶(jiao)束(shu)结(jie)(jie)构(gou)(gou)在盐(yan)溶(rong)液(ye)/纯水中(zhong)的(de)(de)结(jie)(jie)构(gou)(gou)/组装的(de)(de)动态行为(wei)，既佐证了(le)(le)电荷相(xiang)互作(zuo)用在胶(jiao)束(shu)/片层结(jie)(jie)构(gou)(gou)形(xing)成中(zhong)的(de)(de)重要恭喜，也说(shuo)明了(le)(le)该结(jie)(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)刺激响应性(xing)(xing)(xing)。该研(yan)究(jiu)成果（Charge-Induced Structural Changes of Confined Copolymer Hydrogels for Controlled Surface Morphology, Rheological Response, Adhesion, and Friction）于2021年12月10日发表(biao)(biao)在《Advanced Functional Materials》杂(za)志上（Adv. Funct. Mater. 2021, 2111414. DOI: 10.1002/adfm.202111414）。

使用(yong)NanoWizard平台(tai)上的(de)(de)Quantitative Imaging（QI）成像(xiang)技术(shu)，R. M. Espinosa-Marzal教授(shou)及其(qi)研究(jiu)团队表征(zheng)(zheng)了不(bu)同(tong)丙(bing)(bing)烯(xi)酸(suan)(suan)含量(liang)的(de)(de)聚(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)酸(suan)(suan)-丙(bing)(bing)烯(xi)酰胺共聚(ju)物水凝(ning)胶(jiao)(jiao)的(de)(de)相分离行为。如(ru)图1所示，随着丙(bing)(bing)烯(xi)酸(suan)(suan)含量(liang)提高(gao)(gao)至40%，胶(jiao)(jiao)束(shu)(shu)状结构出现，在(zai)表征(zheng)(zheng)形貌的(de)(de)同(tong)时QI模式还能获得样品表面在(zai)纳(na)米尺度下的(de)(de)刚度及粘附力分布。图1所示，这(zhei)些胶(jiao)(jiao)束(shu)(shu)结构模量(liang)高(gao)(gao)于其(qi)它区域(yu)。为了表征(zheng)(zheng)其(qi)中的(de)(de)组分，作者使用(yong)硅烷化学对探针进行表面修饰(shi)获得带正(zheng)电(dian)的(de)(de)针尖(jian)并用(yong)来进行QI成像(xiang)，如(ru)图2所示，这(zhei)些高(gao)(gao)刚度的(de)(de)胶(jiao)(jiao)束(shu)(shu)区域(yu)粘附力小于其(qi)它区域(yu)，说明胶(jiao)(jiao)束(shu)(shu)中高(gao)(gao)分子(zi)链密度更高(gao)(gao)，且其(qi)中带电(dian)的(de)(de)聚(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)酸(suan)(suan)含量(liang)要更低。

当丙烯酸含量提高到(dao)60%，如(ru)图1中(zhong)白箭(jian)头所(suo)示(shi)(shi)，层(ceng)状相分(fen)离结(jie)构(gou)(gou)出(chu)现。电荷相互作用对于(yu)该结(jie)构(gou)(gou)形成具有重大贡献。向(xiang)该水凝胶中(zhong)加入KCl溶(rong)(rong)液，由于(yu)离子氛的(de)(de)电荷效应，KCl的(de)(de)加入会(hui)电荷相互作用，从而(er)能(neng)够(gou)解离层(ceng)状结(jie)构(gou)(gou)。如(ru)图3所(suo)示(shi)(shi)，加入KCl溶(rong)(rong)液12分(fen)钟后，层(ceng)状结(jie)构(gou)(gou)消失。该电荷诱(you)导效应是可逆的(de)(de)，再次浸入纯水10分(fen)钟后，如(ru)图3e,j）所(suo)示(shi)(shi)，层(ceng)状结(jie)构(gou)(gou)再度出(chu)现。

该工作中所用到的QI技术是用Bruker公司的NanoWizard原子力显微镜实现的。NanoWizard®4 系列、NanoWizard® ULTRA Speed 2有着优异的成像性能，可以对多种材质、多种尺度的样品(pin)进行定(ding)量成像。NanoWizard® ULTRA Speed 2可以达到(dao)10幅/秒的(de)成像(xiang)速度(du)，为动态过程(cheng)的(de)研究(jiu)提(ti)供了新的(de)强大(da)研究(jiu)工具。其独特的(de)探(tan)针扫描(miao)技术(shu)，可(ke)以(yi)(yi)与超分辨成像(xiang)、共(gong)聚焦、转盘式(shi)共(gong)聚焦和(he)结(jie)构光照(zhao)明(ming)技术(shu)(SIM)等其他先进(jin)光学(xue)(xue)技术(shu)相(xiang)结(jie)合(he)，使得该系统成为医学(xue)(xue)、生物物理(li)学(xue)(xue)、化学(xue)(xue)或材料科(ke)学(xue)(xue)研究(jiu)应(ying)用(yong)的(de)理(li)想选择。NanoWizard原子力显微镜的(de)QI模式(shi)能快(kuai)速获(huo)得形貌的(de)同时还能表征力学(xue)(xue)性质的(de)分布，其校准算法、可(ke)视(shi)化程(cheng)序以(yi)(yi)及易(yi)用(yong)性都(dou)得到了扩展(zhan)和(he)增强，以(yi)(yi)为用(yong)户提(ti)供友好的(de)界面(mian)及易(yi)用(yong)的(de)功能。