文献1：利用酶驱动的机械反应来改变水凝胶的形状
Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-01-04, DOI: 10.1038/s41467-023-44607-y
4D打印技术将3D打印和刺激响应材料相结合，能够高效构建复杂的3D对象。然而，与智能软材料不同的是，由于陶瓷的变形能力极弱，陶瓷的4D打印是一个巨大的挑战。南方科技大学机械与能源工程系葛锜教授与西安交通大学原超副教授研究团队报告了一种可行且高效的制造和设计方法，以实现陶瓷的直接4D打印。光固化陶瓷弹性体浆料和水凝胶前驱体是为通过多材料数字光处理3D打印制造水凝胶陶瓷层压板而开发的。平面图案层压板在水凝胶脱水作用下演变成复杂的3D结构，然后在烧结后变成纯陶瓷。考虑到脱水引起的变形和烧结引起的形状回缩，开发了一个理论模型来计算弯曲层压板和烧结陶瓷零件的曲率。然后，构建了一个设计流程，用于直接4D打印各种复杂的陶瓷物体。这种方法为陶瓷4D打印技术的发展开辟了一条新途径。该研究以“Direct 4D printing of ceramics driven by hydrogel dehydration”为题发表在Nature Communications (IF 14.7)上。
文献2：水凝胶脱水驱动的陶瓷直接4D打印
Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-01-26, DOI: 10.1038/s41467-024-45039-y
4D打印技术将3D打印和刺激响应材料相结合，能够高效构建复杂的3D对象。然而，与智能软材料不同的是，由于陶瓷的变形能力极弱，陶瓷的4D打印是一个巨大的挑战。南方科技大学机械与能源工程系葛锜教授与西安交通大学原超副教授研究团队报告了一种可行且高效的制造和设计方法，以实现陶瓷的直接4D打印。光固化陶瓷弹性体浆料和水凝胶前驱体是为通过多材料数字光处理3D打印制造水凝胶陶瓷层压板而开发的。平面图案层压板在水凝胶脱水作用下演变成复杂的3D结构，然后在烧结后变成纯陶瓷。考虑到脱水引起的变形和烧结引起的形状回缩，开发了一个理论模型来计算弯曲层压板和烧结陶瓷零件的曲率。然后，构建了一个设计流程，用于直接4D打印各种复杂的陶瓷物体。这种方法为陶瓷4D打印技术的发展开辟了一条新途径。该研究以“Direct 4D printing of ceramics driven by hydrogel dehydration”为题发表在Nature Communications (IF 14.7)上。
文献3：来自集成碳量子点的水凝胶光栅的可切换单向发射
Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-01-29, DOI: 10.1038/s41467-024-45284-1
尽管光致发光的定向发射不相干，但对于发光场和纳米光子学来说，这是一种有吸引力的技术。光学超表面为亚波长尺度的波前工程提供了一条有前途的路线，使单向发射成为可能。然而，目前的定向发射策略大多基于静态超表面，实现高性能的单向发射调谐仍然是一个挑战。武汉大学的李仲阳教授团队和香港大学的张霜教授团队展示了量子点-水凝胶集成光栅，用于主动切换的单向发射，同时具有小于1.5°的窄发散角和大于45°的大衍射角。进一步证明，由于环境湿度变化，水凝胶形态的变化导致发射强度在衍射级上调整了7倍以上。提出的可切换发射策略可以推广用于辐射控制和光学成像的有源发光器件技术。该研究以“Switchable unidirectional emissions from hydrogel gratings with integrated carbon quantum dots”为题发表在Nature Communications (IF 14.7)上。
文献4：PEG敏化对PEG水凝胶介导的组织工程功效的影响
Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-04-18, DOI: 10.1038/s41467-024-46327-3
虽然聚乙二醇(PEG)水凝胶通常被认为是生物惰性的空白板，但对PEG免疫原性的担忧日益增加，其对组织工程的影响尚不清楚。得克萨斯农工大学的Daniel L. Alge团队通过对小鼠进行PEG免疫来刺激抗PEG抗体的产生，并评估负载骨形态发生蛋白2的PEG水凝胶治疗后骨缺损的再生情况来研究这些影响。定量分析表明，与初始对照相比，PEG致敏可增加骨形成，而组织学分析表明，PEG致敏会在缺损部位诱导异常多孔的骨形态，特别是在男性中。此外，在接受基于PEG的治疗的PEG致敏小鼠中，免疫细胞募集程度高于未接受过治疗的小鼠。有趣的是，接受基于PEG的治疗的初始对照也产生了抗PEG抗体。骨形成和免疫细胞募集的性别差异也很明显。总的来说，这些发现表明抗PEG免疫反应可以影响组织工程的功效，并强调需要进一步研究。该研究以“Impact of PEG sensitization on the efficacy of PEG hydrogel-mediated tissue engineering”为题发表在Nature Communications (IF 14.7)上。
文献5：开发基于描述符的准确核苷水凝胶预测的机器学习模型
Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-03-23, DOI: 10.1038/s41467-024-46866-9
核苷类超分子水凝胶因其性质和优异的生物相容性而在生物医学领域受到广泛关注。然而，该领域的一个主要挑战是没有模型可以预测核苷衍生物是否会形成水凝胶。四川大学华西口腔医院的Hang Zhao、Hao Xu、Liang Xie团队成功开发了一种机器学习模型来预测核苷衍生物的水凝胶形成能力。基于 71 个已报道核苷衍生物的数据集建立了准确度为 71%（95% 置信区间，0.69−0.73）的最佳模型。通过最佳模型外用筛选出24个分子，并通过实验验证其水凝胶形成能力。其中，发现了两种罕见报道的不依赖于阳离子的核苷水凝胶。基于其自组装机制，不依赖于阳离子的水凝胶被发现在Ag +和半胱氨酸的快速视觉检测中具有潜在的应用。在这里，我们表明机器学习模型可以提供一种工具来预测具有水凝胶形成能力的核苷衍生物。该研究以“Developing a machine learning model for accurate nucleoside hydrogels prediction based on descriptors”为题发表在Nature Communications (IF 14.7)上。
文献6：X射线激活聚合拓展了深层组织水凝胶形成的前沿
Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-04-15, DOI: 10.1038/s41467-024-47559-z
光交联聚合是化学、生物学和医学领域的基本支柱。然而，流行的策略严重依赖紫外线/可见光(UV/Vis)来引发原位交联。与紫外线辐射相关的固有危险，即潜在的DNA损伤，加上紫外线/可见光所表现出的组织穿透深度有限，严重限制了生物体内光交联的范围。尽管近红外光已被探索作为外部激发源，能够部分缓解这些限制，但其穿透深度仍然不足，特别是在骨组织内。河北大学杨艳民/张海磊团队引入了一种利用X射线激活来形成深层组织水凝胶的方法，超越了之前的所有界限。利用低剂量X射线激活的持久发光磷光体，按需触发原位光交联反应，并能够在雄性大鼠中形成水凝胶。该方法的突破在于它能够深入穿透厚牛骨，显示出的骨穿透潜力。通过将水凝胶形成的范围扩大到如此巨大的深度，该研究代表了该领域的进步。X射线激活聚合的这种应用可以实现精确、安全的深层组织光交联水凝胶形成，对多个学科具有深远的影响。该研究以“X-ray-activated polymerization expanding the frontiers of deep-tissue hydrogel formation”为题发表在Nature Communications (IF 14.7)上。
文献7：由水凝胶注入晶格制成的耐冲击超级电容器
Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-08-01, DOI: 10.1038/s41467-024-50707-0
由于恶劣条件下的应用要求不断提高，储能装置的安全性变得越来越重要。在不影响功能的情况下增强鲁棒性的有效方法是必要的。新加坡国立大学丁军团队展示了一种耐冲击、即用型超级电容器，由可自修复的水凝胶电解质注入晶格电极构成。三维打印碳涂层碳氧化硅集流体提供机械保护，其压缩应力、杨氏模量和能量吸收分别高达70.61 MPa、2.75 GPa和92.15 kJ/m3。商业上可行的聚苯胺和可自修复的聚乙烯醇水凝胶用作活性涂层和电解质。 I型封装结构的超级电容器电极在3mA/cm3电流下的静态比电容为585.51 mF/cm3，在0.5 mW/cm3功率密度下的能量密度为97.63 μWh/cm3。它在条件下保持运行完整性，包括0.3 J/cm3能量的冲击后0至18.83 MPa的动态负载以及电解质损坏后的自愈，展示了环境下应用的前景。该研究以“Impact-resistant supercapacitor by hydrogel-infused lattice”为题发表在Nature Communications (IF 14.7)上。
文献8：基于物理学的水凝胶水分捕获特性预测
Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-10-17, DOI: 10.1038/s41467-024-53291-5
水分捕获材料可以实现可能改变游戏规则的能源水技术，例如大气水生产、储热和被动冷却。水凝胶复合材料因其低成本、对湿度的高亲和力和设计多功能性而成为出色的水分捕获材料。尽管付出了大量努力来实验探索用于高性能水分捕获的水凝胶的巨大设计空间，但对这些材料水分捕获特性背后的理解仍然存在关键的知识差距。这种缺失的理解阻碍了新型水凝胶的快速开发、材料性能增强和器件级优化。麻省理工学院Carlos D. Díaz-Marín团队将水凝胶-盐复合材料的合成和表征相结合，以开发和验证弥合这一知识差距的理论描述。从水凝胶-盐复合材料的热力学描述开始，开发了准确捕获实验测量的水分吸收和吸附焓的模型。还开发了质量传递模型，可以精确地将水分动态吸收和解吸到水凝胶-盐复合材料中。总而言之，这些结果证明了主导水分捕获性能的主要变量，表明在所有考虑的情况下，聚合物在材料性能中的作用可以忽略不计。该见解指导了下一代湿度捕获水凝胶的合成，并以以前在关键水能源应用中无法实现的方式实现其系统级优化。该研究以“Physics-based prediction of moisturecapture properties of hydrogels”为题发表在Nature Communications (IF 14.7)上。
文献9：用于慢性神经调节的高度稳定、可注射、导电水凝胶
Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-09-12, DOI: 10.1038/s41467-024-52418-y
电药通过选择性调节靶器官附近的周围神经，有望用于治疗难治性疾病。然而，这些神经的小尺寸和脆弱的性质给简化固定和稳定神经电极的电耦合接口带来了挑战。华中科技大学罗志强，美国宾夕法尼亚大学Jiang Yuanwen，华中科技大学张丽团队使用可注射的生物粘附水凝胶生物电子学为精细周围神经构建了一个强大的神经接口。通过在网络形成过程中加入多功能分子调节剂，通过微调导电网络内的反应动力学和多尺度相互作用来优化水凝胶的可注射性和导电性。同时，在不影响其可注射性的情况下实现了水凝胶的机械和电稳定性。最小的组织损伤以及可注射神经接口的低且稳定的阻抗使得能够对雄性大鼠模型中的心肌梗死治疗进行慢性迷走神经调节。高度稳定、可注射、导电的水凝胶生物电子学可随时用于瞄准具有挑战性的解剖位置，为未来的精准生物电子医学铺平道路。该研究以“Highly-stable, injectable, conductive hydrogel for chronic neuromodulation”为题发表在Nature Communications (IF 14.7)上。
文献10：室温磷光木材水凝胶
Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-12-04, DOI: 10.1038/s41467-024-55025-z
室温磷光（RTP）水凝胶表现出巨大的潜力，但表现出较差的机械性能（拉伸强度<1 MPa）和不可调谐的RTP性能，阻碍了它们的实际应用。东北林业大学陈志俊教授、李淑君教授团队通过在脱木素木材存在下丙烯酰胺的原位聚合来开发木材水凝胶（W-水凝胶）。由于脱木素木材和聚丙烯酰胺成分之间的分子相互作用，W-水凝胶表现出38.4 MPa 的拉伸强度和绿色RTP发射，寿命为32.5 ms。此外，用乙醇处理W-水凝胶后，拉伸强度和RTP寿命提高到153.8 MPa和69.7 ms。值得注意的是，W-水凝胶的机械性能和RTP性能是通过交替的“乙醇和水”处理来切换的。此外，W-水凝胶用作能量供体，以便通过能量转移过程使用RhB产生红色余辉发射。利用这些特性，W-水凝胶被加工成多种基于水凝胶的发光材料。该研究以“Room temperature phosphorescent wood hydrogel”为题发表在Nature Communications (IF 14.7)上。
