梯度中间层柔性离子压力传感器用于机器人触觉感知
研究团队报道了一种梯度中间层柔性离子压力传感器(GriFIPS),在软电极与离子水凝胶层之间加入经直写打印的弹性体网状中间层,网孔尺寸沿离心方向增大,使接触随载荷分级推进。
推荐理由:原文给出梯度中间层离子压力传感器在灵敏度、线性范围与检测限上的同步指标,可作为柔性触觉器件设计的参照。
研究团队报道了一种梯度中间层柔性离子压力传感器(GriFIPS),在软电极与离子水凝胶层之间加入经直写打印的弹性体网状中间层,网孔尺寸沿离心方向增大,使接触随载荷分级推进。
推荐理由:原文给出梯度中间层离子压力传感器在灵敏度、线性范围与检测限上的同步指标,可作为柔性触觉器件设计的参照。
研究在Zn负极上通过原位凝胶化与界面电化学还原构建了一体化SEI/聚脲–聚氨酯水凝胶(PUMA)界面。含八重氢键、Zn²⁺配位键与动态S─S键的硬段提供多级能量耗散,富羧基与磺酸基的聚阴离子软段构建低势垒离子选择性通道;界面牺牲性S─S键在电化学还原中断裂,形成一体化SEI/PUMA界面。
推荐理由:原文给出PUMA水凝胶在Zn–I₂电池中的Zn²⁺迁移数与循环数据,读者可据此判断这类一体化界面层的性能区间。
通过赖氨酸与没食子酸顺序改性设计的壳聚糖基水凝胶 CLG,兼具抗菌、抗氧化和仿贻贝粘附性能,并具有高溶胀率以吸收伤口渗出液。体内评价显示该水凝胶加速伤口闭合、促进胶原沉积并刺激血管生成。这些特性使 CLG 水凝胶能在伤口愈合各阶段提供持续保护与多功能支撑。
研究用硫醇−烯模块化平台把动态超分子主客体网络与稳定共价网络在结构上解耦,发现制备态水凝胶的粘弹性可由稳定与动态交联的相对比例在较宽松弛行为范围内调控,但在水介质中平衡后这一可调空间坍缩,不同松弛程度的水凝胶收敛到受限力学区间。
推荐理由:原文揭示溶胀后动态交联被稀释导致粘弹空间坍缩,并给出多价静电作用维持动态功能的思路。
研究报道钙聚磷酸(Ca-polyP)凝聚层作为可注射自凝固骨修复材料,可在原位分别或同时产生两种孔:凝固诱导液-固相分离(SIPS)形成数十微米孔,凝固诱导气体发泡(SIGF)形成数百微米孔,二者由不同无机碱类凝固引发剂触发。
研究团队开发了MXene/WPU/PAA(MWA)水凝胶电极,MXene纳米片诱导自由基聚合使室温凝胶时间小于5 min,并兼具力学强度、粘附与导电性。该电极的sEMG信噪比达36.0 dB、ECG信噪比达30.1 dB,均优于Ag/AgCl电极;在重复循环与模拟汗液条件下粘附分别达94.2和55.5 kPa。基于该电极的头皮EEG监测实现了无线无人机实时脑波解码控制。
推荐理由:该电极在sEMG与ECG信噪比上超过Ag/AgCl电极,并完成脑电实时控制无人机的演示,可作为水凝胶电极走向人机接口的参考。
研究报道了一种纤连蛋白修饰的含氟 PLGA 纳米粒(Fn-F-PLGA@A/S),共载阿莫西林与舒巴坦,含氟核为 2.5%(w/w),用于促进内体逃逸,并借纤连蛋白实现对宿主整合素与细菌 FnBPs 的顺序靶向。
推荐理由:该平台把顺序靶向、温敏水凝胶滞留与自噬调控整合到同一递送体系,为胞内耐药菌感染提供了可迁移的设计思路。
将 PEDOT:PSS 引入 PAAm/PVA 双网络骨架、以 LiTFSI 作离子调控剂,制得自支撑导电水凝胶 PPLi,平均电导率 28.4 S cm⁻¹(最高 33.2 S cm⁻¹),比电容 202.5 F g⁻¹,可拉伸约 506%,抗冻至 −40°C。
作者报告了一种聚(丙烯酸-co-4-乙烯基苄基-三羟甲基膦氯化物)聚两性电解质水凝胶,在自由离子扩散与离子键、氢键形成驱动的非单调溶胀-去溶胀过程中同时获得力学增强与室温磷光(RTP)。
推荐理由:原文把溶胀驱动的微相分离与室温磷光、力学增强对应起来,给出了结构演化的判据。
研究将功能化富勒烯C60均匀引入大气集水(AWH)水凝胶,终止光致自由基链反应,使水凝胶的紫外稳定性提升超过385%。改性后的水凝胶表面油、水接触角均超过160°,具备超疏液性、抗粉尘粘附,并在光伏响应光谱内保持92.5–96.0%的透过率。
推荐理由:针对双面光伏背面需透光而常规热管理不可用的限制,该工作把集水水凝胶做成兼具超疏液与抗紫外的冷却层,并给出成本与降温数据。
一种集成电生理传感与刺激功能的生物电子混合心脏被构建出来:脱细胞心脏支架注入诱导多能干细胞来源心肌细胞,并与含定制电子网的细胞负载3D打印细胞外基质涂层组装。培养14天后,嵌入式电极记录到自发心脏活动,局部电刺激可实现可控频率起搏,钙成像显示起搏期间工程组织呈空间激活。
以 Cu²⁺ 与 NH₂–PEG–聚肌苷酸功能化的黑磷纳米片(BPNS@Cu@PI)构建腹膜巨噬细胞特异性纳米酶清除 ROS,并复合丝素蛋白基 Janus 水凝胶(MMP-响应多孔层与致密阻隔层,MMP-JSF)以减轻铜对组织修复的损伤。
以(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵为单体、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖为生物质骨架,经原位光聚合构建无外源负载水凝胶,用于糖尿病烧伤感染的电化学治疗(ECT)。水凝胶骨架上的季铵基团先通过静电吸引捕获细菌,嵌入的铂电极在温和的2.0 V下于阳极将基质内Cl⁻氧化为活性氯物种杀菌,阴极电解水产生H₂下调促炎细胞因子IL-6与IL-1β。
研究以Nile Red荧光、浊度、动态光散射和温控单粒子追踪,在pH 3–10、NaCl 0–1.0 M范围内考察Mn≈6 kDa的异端基HS–PNIPAM–COOH水溶液,识别出多阶段、单调和受抑制三种相分离路径。
该综述指出,柔性催化(flexocatalysis)可突破压电催化仅限非中心对称晶体的限制,在中心对称、非晶、高分子与多孔电介质中通过应变梯度诱导极化实现机械驱动催化。
研究者将临床光敏剂亚甲蓝(MB)用可特异性结合耐药菌的适配体修饰,构建出可激活的适配体功能化前光敏剂 APMB,实现成像引导的抗感染与生物膜破坏。将 APMB 与抗生素甲硝唑(MNZ)共载入水凝胶制成可降解微针贴片,在常氧条件下以光动力效应清除生物膜,并利用缺氧微环境激活 MNZ 的抗菌活性,序贯协同杀灭深层细菌。
构建了由甲基丙烯酰化重组人III型胶原(rhCol III-MA)与苯硼酸接枝透明质酸(HA-PBA)组成的双网络水凝胶Gel/MnBTC,并在基质中包载聚多巴胺包覆的锰基金属有机框架纳米酶(MnBTC@PDA)。
研究报道了一类由超薄钯纳米片与Fmoc-二苯丙氨酸(Fmoc-diphenylalanine)在水中自组装形成的超分子水凝胶,具有可注射、自修复和生物相容的催化性能,可将无活性前体染料和前药转化为活性小分子。金属-肽杂化纤维形成的物理交联较弱,使凝胶在温和剪切应力下流动(剪切变稀),从而支持体内瘤内精准注射和局部前药激活。该策略在小鼠侵袭性胰腺癌异种移植模型中完成验证。
推荐理由:原文给出钯纳米片与短肽共组装水凝胶的剪切变稀与自修复行为,读者可据此判断其注射递送与局部催化激活的可行性。
生物质 DNA 正从天然生物资源走向大规模工程材料,可转化为三维交联水凝胶基质,并进一步加工为可回收生物塑料以支撑碳中和。该综述以"生物质 DNA 树"为框架,还涵盖有机凝胶、纤维及超级电容器、电池和界面层等储能应用,并延伸至催化、软体机器人、OLED、医用贴片、神经形态器件和光电导体。
机械活性生物材料将外部或编码触发转化为具有明确时间、幅度、频率和空间定位的机械输入,弥补了传统生物材料模型只能调控被动基质性质的局限。文章按材料响应、细胞所受机械输入、时空控制、可逆性、细胞相容性、定量与转化约束,比较了机械化学水凝胶、光响应基质、热响应体系和光热机械驱动器。这些平台涉及整合素–黏着斑信号、机械敏感离子通道、细胞骨架与核机械转导、YAP/TAZ 活性及 TGF-β 激活。
研究报道了 ATMP@Gel,一种负载可激活四面体 miR-146a-5p 纳米前药(ATMP)的 GelMA 水凝胶,用于烧伤创面修复的多阶段调控。四面体纳米框架提升 miRNA 稳定性与细胞摄取,水凝胶基质延长局部递送,RNase H 响应激活增加细胞内功能性 miR-146a-5p 池。
推荐理由:该工作把 miRNA 纳米前药嵌入 GelMA 水凝胶,用 RNase H 响应释放实现烧伤修复的多阶段调控,可供递送体系设计参考。
研究团队将非晶态铜掺杂生物活性玻璃与硼改性 PVA 水凝胶结合,制成可注射、自修复的自适应复合凝胶 CGCI,用于糖尿病种植体周围炎的全阶段炎症调控。该体系由非晶生物活性玻璃快速释放 Cu 离子实现早期抗菌,水凝胶持续递送白细胞介素-10 以促进巨噬细胞胞葬及血管/淋巴重塑。
推荐理由:原文把结构熵写进模型来预测可降解水凝胶的释放动力学,读者可据此看递送时序如何与炎症阶段对齐。
一种仿植物维管组织的3D核壳Janus水凝胶蒸发器,通过碱诱导脱氟策略解决疏水PVDF与亲水海藻酸钠(SA)核之间的粘接难题,并原位氧化锰离子生成MnO₂赋予抗菌活性。PVA/壳聚糖壳与SA核经发泡-冻融形成仿生维管通道,实现高效水传输与耐盐;植酸十二钠显著提升表面电荷密度,在一个太阳下蒸发速率达4.22 kg m⁻² h⁻¹,海水中持续输出电压825 mV。
研究报道了一种基于非对称活性层结构的全软有机电化学二极管(OECD),在±1 V下整流比最高达2.23 × 10⁴,并在最高30%的拉伸应变和反复机械形变下保持稳定工作。器件采用转印的超薄离子凝胶界面,在应变下仍保持共形覆盖与电化学活性结构,并可用于可变形整流器、逻辑门以及抑制可变形压力传感阵列中串扰的信号隔离元件。
推荐理由:原文给出全软有机电化学二极管在30%拉伸应变下的整流比与阵列串扰抑制效果,可作为柔性电子信号隔离器件的参考。
研究团队提出用光化学在合成纤维状高仿生水凝胶中实现动态网络调控,作为概念验证,他们通过调节该自适应体外模型的力学性能来影响三维间充质基质细胞培养中的细胞铺展与力传导。作者称该方法为按需力学自适应凝胶提供了新的控制手段,同时保留了易加工和细胞提取的特点。
推荐理由:作者用光化学在合成纤维状水凝胶中实现动态网络调控,并演示其对三维培养细胞铺展与力传导的调节。
研究团队用蘑菇源壳聚糖(M-CS)替代虾蟹源壳聚糖(C-CS),与胶原和羟基磷灰石复合制备生物墨水(胶原 3 wt%、M-CS 3 wt%、羟基磷灰石 20 wt%)。
针对胃肠道出血与黏膜损伤,纳米生物胶粘剂需在酸性、酶解和蠕动条件下同时优化粘附、止血、降解、生物安全与愈合等多目标性能,预测性多目标材料设计被确定为最关键的 AI 方向。预测建模、分子模拟与高通量实验可理性调控粘附强度、降解动力学和生物相容性,机器学习模型加速最优聚合物纳米颗粒配方的发现。数字孪生与闭环优化等新兴策略进一步支持患者特异性自适应胶粘剂系统。
研究以硅水凝胶隐形眼镜为基底制备半互穿网络(semi-IPN)纳米涂层,并用 GCIB-XPS、ToF-SIMS 和一种新开发的 AFM 模量算法在亚 100 nm 精度下无损解析涂层的垂直化学梯度、纳米级厚度与界面力学分布。
推荐理由:作者用 GCIB-XPS、ToF-SIMS 与 AFM 模量算法无损解析硅水凝胶埋入式纳米涂层的化学梯度与厚度,并据此调控界面性能。
研究团队通过酸诱导相分离制备了基于锥形孔水凝胶的蒸腾驱动仿生叶片,用于复现天然叶片的光谱与热特征。锥形孔借助Laplace压力驱动定向液体输运,配合吸湿盐与亲水基团实现快速湿气响应和持续供水。该仿生叶片在可见近红外波段的相关系数为0.983、热红外波段为0.997,与天然叶片的发射特征偏差小于0.007、辐射温度偏差小于0.98°C。
推荐理由:原文给出锥形孔水凝胶在可见近红外与热红外两个波段的相关系数及辐射温度偏差,可作为仿生伪装材料的性能参照。
研究团队开发了一种双层水凝胶结构,由刚性保护层与柔性适应层组成,通过双界面调控力传递以避免应力集中于伤口。离体牵张测试中该贴片的形变控制比为70–90%,商用Mepiform贴片为30–40%;在张力驱动小鼠模型中,其瘢痕面积降低约97%,胶原角度分散与纤维直径恢复至接近未受伤状态,增殖、炎症、免疫与机械转导信号均低于Mepiform。
推荐理由:原文给出双层水凝胶在拉伸模型中约97%的瘢痕面积降幅与70–90%的形变控制比,可对照商用Mepiform敷料判断其力学设计思路。
研究者在 Ru(II)bpy3²⁺/SPS 体系中引入维生素 C(L-抗坏血酸)作为生物相容的氧化还原调节剂,通过抑制 Ru(III) 积累和清除过硫酸根自由基建立光氧化还原阈值,将二酪氨酸交联推迟到维生素 C 耗尽之后,从而获得 TVP 所需的非线性响应。
推荐理由:原文用维生素 C 在 Ru/SPS 体系中建立光氧化还原阈值,为胶原的体积打印提供了一条可迁移的抑制背景固化思路。
作者报告了一种通过热聚集的手性树枝化苯乙炔(PA)大分子单体原位交联聚合制备手性微凝胶的方法。大分子单体带有乙氧基(更疏水)或甲氧基(更亲水)封端的树枝化低聚乙二醇(OEG),云点(Tcp)可调。通过优化大分子单体亲水性、浓度、温度、搅拌速率和交联剂用量等聚合参数,可由热聚集的介观胶束一锅制备形貌均匀、螺旋结构稳定的交联手性微凝胶,且无需表面活性剂。
推荐理由:原文展示了通过热聚集单体原位交联聚合一步制备手性微凝胶的路线,并给出云点与形貌调控参数。
研究提出 tachykinin 共有序列 FFGLM-NH2(命名为 tachycontide-1)可自组装成水凝胶和醇凝胶,并据此在乙醇中一锅反应后直接超临界干燥制得肽气凝胶。作者用荧光光谱、红外光谱、流变、光学/电子显微镜、同步辐射 SAXS/WAXS、氮气吸附-脱附分析和原子模拟,考察溶剂对肽自组装及气凝胶结构、结晶度和物理性质的影响。
微凝胶增强复合水凝胶(MR-gel)由刚性聚电解质微球与软质聚丙烯酰胺基体组成,通过控制拉伸幅度与循环次数的物理训练可实现稳定、可调的应变硬化,训练达到平衡约需300次循环,单次拉伸不足。
推荐理由:原文给出拉伸循环次数与微凝胶破碎程度、软硬模量区间的对应关系,读者可据此判断这类复合水凝胶的力学可编程范围。
通过蒸发诱导 PVA、植酸(PA)与木质素磺酸盐(LS)共组装,制得低含水量超分子凝胶 PLPG,蒸发过程重构出三元氢键网络。优化 LS 含量的 PLPG-L0.5 拉伸强度达 267 kPa、离子电导率 0.2676 S m⁻¹,在 −20 °C 放置 7 天后仍保持柔性与导电性;作为应变传感器经 3000 s 循环加载仍有电响应,可监测人体运动。
采用反应性喷雾干燥,以非挥发性水溶性无毒聚碳二亚胺为交联剂,将颗粒成型与原位交联耦合,制得聚碳二亚胺交联羧甲基纤维素微凝胶(PCM)。FTIR与XPS证实聚碳二亚胺与CMC之间形成稳定的N-酰脲键,弱酸性条件促进交联;PCM溶胀比超过2000,具pH响应溶胀行为,并在盐性条件下保持优异力学稳定性。PCM处理粗砂后持水能力显著提升,苋菜幼苗生物量增加、干旱存活率提高。
钡离子(Ba²⁺)比钙离子(Ca²⁺)与果胶结合更强,形成更弹性的网络,符合协同超分子缔合特征;Ba(OH)₂通过提高果胶羧基可用性进一步增强凝胶形成。固态NMR显示Ca²⁺诱导果胶部分转向2₁螺旋,而Ba²⁺保持天然3₁螺旋并提高构象有序度。外部凝胶化产生均一多孔、核壳及层状等阳离子依赖结构。
研究团队构建了 TNPs-N@B.t. + Gel 平台,将纳米工程化的 Bacteroides thetaiotaomicron 与负载 TRPV1 拮抗剂的纳米胶束整合进 GelMA 水凝胶,用于术后胰腺导管腺癌(PDAC)局部治疗。
推荐理由:该工作把术后胰瘘的酶-rich 微环境当作治疗资源,用纳米工程菌加 GelMA 水凝胶实现局部递送,思路可迁移到其他术后局部治疗场景。
研究团队构建了“祖细胞方舟”三层水凝胶微球系统,外层为髓核祖细胞(NPPC)层用于补充细胞,中间为 GelMA/HAMA 支架提供支撑,内层为 SS31 修饰的超小普鲁士蓝纳米酶(SS31-UPN),可靶向线粒体清除 ROS 并促进线粒体自噬。
推荐理由:三层水凝胶微球把细胞递送与线粒体靶向纳米酶结合,并在大鼠模型中与单独细胞或支架治疗作对照。
研究团队用溶液吹纺制备多靶点益生菌复合微球(PCM),通量比静电纺丝高 20 倍以上。PCM 在胃酸中收缩保护菌体,使存活率较游离益生菌提高 2162 倍;带负电的微球粘附于炎症结肠病灶过表达的带正电黏蛋白,再由过表达的透明质酸酶降解透明质酸,以“特洛伊木马”方式释放活菌。
推荐理由:原文给出微球在胃酸中收缩保护菌体、在炎症部位靠电荷粘附并随透明质酸酶释放的完整链条,可作为口服递送平台的设计参考。