<  Retour au portail Polytechnique Montréal

Ultrasound cavitation enables rapid, initiator‐free fabrication of tough anti‐freezing hydrogels

Yixun Cheng, Stephen Lee, Yihang Xiao, Shou Ohmura, Louis-Jacques Bourdages, Justin Puma, Zixin He, Zhen Yang, Jeremy Brown, Jean Provost et Jianyu Li

Article de revue (2025)

Document en libre accès dans PolyPublie et chez l'éditeur officiel
Afficher 4 fichiers
Cacher les fichiers
[img]
Affichage préliminaire
Libre accès au plein texte de ce document
Version officielle de l'éditeur
Conditions d'utilisation: Creative Commons: Attribution (CC BY)
Télécharger (1MB)
[img]
Affichage préliminaire
Libre accès au plein texte de ce document
Matériel supplémentaire
Conditions d'utilisation: Creative Commons: Attribution (CC BY)
Télécharger (2MB)
[img] Libre accès au plein texte de ce document
Vidéo - Matériel supplémentaire
Conditions d'utilisation: Creative Commons: Attribution (CC BY)
Télécharger (81MB)
[img] Libre accès au plein texte de ce document
Vidéo - Matériel supplémentaire
Conditions d'utilisation: Creative Commons: Attribution (CC BY)
Télécharger (122MB)
Afficher le résumé
Cacher le résumé

Abstract

Hydrogels are often synthesized with thermal or photo-initiated gelation, leaving alternative energy sources less explored. While ultrasound has been used for polymer synthesis and mechanochemistry, its application through cavitation for hydrogel synthesis as a constructive force is rare, and the underlying sonochemical mechanisms are poorly understood. Here, the application and mechanism of ultrasound cavitation for rapid, initiator-free, and oxygen-tolerant fabrication of tough anti-freezing hydrogels is reported. By incorporating polyol solvents and interpenetrating polymers into the gelling solution, radical generation is amplified and network formation is enhanced. Using tough polyacrylamide-alginate hydrogels as a model system, rapid gelation (as fast as 2 minutes) and high fracture toughness (up to 600 J m⁻²) is demonstrated. By varying ultrasound intensity, crosslinker-to-monomer ratio, and glycerol concentration, the synthesis-structure-property relation is established for the resulting sonogels and the underlying mechanism is uncovered using combined molecular, optical, and mechanical testing techniques. The coupling of gelation and convection under ultrasound results in sonogels with unique structural and mechanical properties. Additionally, the fabrication of hydrogel constructs is demonstrated using both non-focused and high-intensity focused ultrasound. This work establishes a foundation for ultrasound-driven sono-fabrication and highlights new avenues in soft materials, advanced manufacturing, bioadhesives, and tissue engineering.

Mots clés

Département: Département de génie physique
Organismes subventionnaires: NSERC, Fonds de Recherche du Quebec – Nature et Technologies, U.S. National Institutes of Health
Numéro de subvention: RGPIN-2024-04925, FRQ-NT 2024-NOVA-344903, R01DC021461
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/64569/
Titre de la revue: Advanced Science (vol. 12, no 22)
Maison d'édition: Wiley
DOI: 10.1002/advs.202416844
URL officielle: https://doi.org/10.1002/advs.202416844
Date du dépôt: 22 avr. 2025 09:50
Dernière modification: 03 déc. 2025 01:07
Citer en APA 7: Cheng, Y., Lee, S., Xiao, Y., Ohmura, S., Bourdages, L.-J., Puma, J., He, Z., Yang, Z., Brown, J., Provost, J., & Li, J. (2025). Ultrasound cavitation enables rapid, initiator‐free fabrication of tough anti‐freezing hydrogels. Advanced Science, 12(22), 2416844. https://doi.org/10.1002/advs.202416844

Statistiques

Total des téléchargements à partir de PolyPublie

Téléchargements par année

Provenance des téléchargements

Dimensions

Actions réservées au personnel

Afficher document Afficher document