几乎所有水凝胶中都存在的异质结构对所得的强度和韧性有重大影响。虽然已经用电子显微镜观察到内部结构，但很难测量天然溶胀状态下的原位局部聚合物浓度。最近，科研人员采用改进的微电极技术(MET)来测量具有相分离结构的异质水凝胶的唐南电位。使用这种方法，团队成功地观察到定量的原位聚合物浓度范围从10.2μmol/L到数百mmol/L。

根据获得的浓度分布，团队可以成功地评估分辨率小于0.8μm的内部相分离结构。使用MET，可以估计水凝胶的平均活性系数，团队发现密集相和稀疏相之间的浓度存在差异。证明MET是一种强大的方法，可以局部和定量测量水凝胶内的聚电解质浓度分布。此外，由于与聚电解质的相似性，该方法可应用于体内细胞和器官。实现生物材料内部结构的原位测定可能对局部尺度上受损和患病组织的表征具有重要意义。


图1.电位测量实验装置示意图。MET使用电压表测量固定在参考溶液中的碳电极和以恒定速率插入测量样品的玻璃电极之间的电位。固定玻璃电极的适配器与机械手相连，可在电位测量过程中以恒定速度连续插入测量样品。玻璃电极的尖端直径约为150 nm，包含3 M KClaq和Ag/AgCl线。

图2.唐南电位与聚电解质链密度之间的关系。

图4.在不同二恶烷重量分数的二恶烷/水混合溶剂中制备的相分离DN凝胶的TEM和MET评估。

图5.从MET测量中获得的分离DN凝胶的浓度分布和密相大小。

图6.(a)MET探测范围和空间分辨率的估计。(b)绿色矩形显示TEM的测量截面。(c)插图显示了致密相的TEM图像。(d,e)绿色球体显示了MET的检测范围。

相关论文以题为In Situ Evaluation of the Polymer Concentration Distribution of Microphase-Separated Polyelectrolyte Hydrogels by the Microelectrode Technique发表在《Macromolecules》上。通讯作者是北海道大学Takayuki Kurokawa教授，和共同作者是龚剑萍教授等人。


参考文献：doi.org/10.1021/acs.macromol.1c01435