布朗大学，威斯康星大学和新加坡国立大学的研究人员已经开发出一种增强海藻酸盐水凝胶材料的方法，海藻酸盐是一种天然材料，来自目前用于各种生物医学应用的海藻，通过在其结构中加入氧化石墨烯。

氧化石墨烯和海藻酸盐相结合，创造出具有潜在生物医学，环境用途的新“智能”材料

这样就可以生成一种可以3D打印成结构的材料，这种结构比单独使用海藻酸盐更坚硬，更耐破碎 - 这是一项重要的成就，因为海藻酸盐往往很脆弱，因而难以使用。此外，该材料还能够响应于不同的化学处理而变得更硬或更软，这意味着它可以用于制造能够实时对其周围环境作出反应的“智能”材料。此外，藻酸盐-GO保留了海藻酸盐排斥油的能力，赋予新材料作为防污涂层的潜力。

用于制造材料的3D打印方法称为立体平版印刷术。该技术使用由计算机辅助设计系统控制的紫外激光来跟踪光活性聚合物溶液表面上的图案。光导致聚合物连接在一起，从溶液中形成固体3D结构。重复跟踪过程，直到从底部向上逐层构建整个对象。在这种情况下，使用与氧化石墨烯片混合的藻酸钠制备聚合物溶液。

该技术的一个优点是藻酸钠聚合物通过离子键连接。这种粘合强度足以将材料固定在一起，但它们可以通过某些化学处理来破坏。这使材料能够动态响应外部刺激。此前，布朗的研究人员表明，这种“离子交联”可用于制造藻酸盐材料，这些材料可根据需要降解，当用化学物质处理后迅速溶解，从化学物质的内部结构中清除离子。

对于这项新研究，研究人员希望了解氧化石墨烯如何影响藻酸盐结构的力学性能。他们表明藻酸盐-GO的硬度可以是单独的藻酸盐的两倍，并且通过开裂可以抵抗失败。 “添加氧化石墨烯使藻酸盐水凝胶与氢键结合，”布朗的工程助理教授，该论文的资深作者Ian Y. Wong说。 “我们认为抗裂性是由于裂缝必须绕过散布的石墨烯片，而不是能够通过均匀的藻酸盐破坏。”

额外的硬度使研究人员能够打印出具有悬垂部分的结构，而单独使用海藻酸盐是不可能的。此外，增加的僵硬度并不能阻止海藻酸盐-GO对单独的藻酸盐等外部刺激产生反应。研究人员表明，通过将材料浸泡在去除离子的化学物质中，材料会膨胀并变得更柔软。当离子通过离子盐浴中恢复时，材料恢复了刚度。实验表明，通过改变材料的外部离子环境，可以将材料的刚度调整到500倍以上。

“你可以想象一个场景，你可以在僵硬的环境中对活细胞进行成像，然后立即改变到更柔和的环境，看看同样的细胞可能会如何反应，”该团队说。这可能有助于研究癌细胞或免疫细胞如何通过全身的不同器官迁移。

由于藻酸盐-GO保留了纯海藻酸盐的强大防油性能，因此新材料可以制成出色的涂层，以防止油和其他此类物质积聚在表面上。在一系列实验中，研究人员表明，海藻酸盐-GO涂层可以防止油在高盐度条件下污染玻璃表面。研究人员说，这可能使藻酸盐-GOG水凝胶对海洋环境中使用的涂料和结构有用。

研究人员说：“这些复合材料可用作海洋中的传感器，可以在溢油过程中保持读数，或作为防污涂层，有助于保持船体清洁。”由石墨烯提供的额外刚度将使这种材料或涂层比单独的藻酸盐更耐用。

研究人员计划继续尝试新材料，寻找简化生产的方法，并继续优化其性能。