2024年Nature Communications水凝膠合集1（10篇）

文獻1：利用酶驅動的機械反應來改變水凝膠的形狀

Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-01-04, DOI: 10.1038/s41467-023-44607-y

4D打印技術將3D打印和刺激響應材料相結合，能夠高效構建複雜的3D對象。然而，與(yu) 智能軟材料不同的是，由於(yu) 陶瓷的變形能力極弱，陶瓷的4D打印是一個(ge) 巨大的挑戰。南方科技大學機械與(yu) 能源工程係葛錡教授與(yu) 西安交通大學原超副教授研究團隊報告了一種可行且高效的製造和設計方法，以實現陶瓷的直接4D打印。光固化陶瓷彈性體(ti) 漿料和水凝膠前驅體(ti) 是為(wei) 通過多材料數字光處理3D打印製造水凝膠陶瓷層壓板而開發的。平麵圖案層壓板在水凝膠脫水作用下演變成複雜的3D結構，然後在燒結後變成純陶瓷。考慮到脫水引起的變形和燒結引起的形狀回縮，開發了一個(ge) 理論模型來計算彎曲層壓板和燒結陶瓷零件的曲率。然後，構建了一個(ge) 設計流程，用於(yu) 直接4D打印各種複雜的陶瓷物體(ti) 。這種方法為(wei) 陶瓷4D打印技術的發展開辟了一條新途徑。該研究以“Direct 4D printing of ceramics driven by hydrogel dehydration"為(wei) 題發表在Nature Communications (IF 14.7)上。

文獻2：水凝膠脫水驅動的陶瓷直接4D打印

Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-01-26, DOI: 10.1038/s41467-024-45039-y

4D打印技術將3D打印和刺激響應材料相結合，能夠高效構建複雜的3D對象。然而，與(yu) 智能軟材料不同的是，由於(yu) 陶瓷的變形能力極弱，陶瓷的4D打印是一個(ge) 巨大的挑戰。南方科技大學機械與(yu) 能源工程係葛錡教授與(yu) 西安交通大學原超副教授研究團隊報告了一種可行且高效的製造和設計方法，以實現陶瓷的直接4D打印。光固化陶瓷彈性體(ti) 漿料和水凝膠前驅體(ti) 是為(wei) 通過多材料數字光處理3D打印製造水凝膠陶瓷層壓板而開發的。平麵圖案層壓板在水凝膠脫水作用下演變成複雜的3D結構，然後在燒結後變成純陶瓷。考慮到脫水引起的變形和燒結引起的形狀回縮，開發了一個(ge) 理論模型來計算彎曲層壓板和燒結陶瓷零件的曲率。然後，構建了一個(ge) 設計流程，用於(yu) 直接4D打印各種複雜的陶瓷物體(ti) 。這種方法為(wei) 陶瓷4D打印技術的發展開辟了一條新途徑。該研究以“Direct 4D printing of ceramics driven by hydrogel dehydration"為(wei) 題發表在Nature Communications (IF 14.7)上。

文獻3：來自集成碳量子點的水凝膠光柵的可切換單向發射

Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-01-29, DOI: 10.1038/s41467-024-45284-1

盡管光致發光的定向發射不相幹，但對於(yu) 發光場和納米光子學來說，這是一種有吸引力的技術。光學超表麵為(wei) 亞(ya) 波長尺度的波前工程提供了一條有前途的路線，使單向發射成為(wei) 可能。然而，目前的定向發射策略大多基於(yu) 靜態超表麵，實現高性能的單向發射調諧仍然是一個(ge) 挑戰。武漢大學的李仲陽教授團隊和香港大學的張霜教授團隊展示了量子點-水凝膠集成光柵，用於(yu) 主動切換的單向發射，同時具有小於(yu) 1.5°的窄發散角和大於(yu) 45°的大衍射角。進一步證明，由於(yu) 環境濕度變化，水凝膠形態的變化導致發射強度在衍射級上調整了7倍以上。提出的可切換發射策略可以推廣用於(yu) 輻射控製和光學成像的有源發光器件技術。該研究以“Switchable unidirectional emissions from hydrogel gratings with integrated carbon quantum dots"為(wei) 題發表在Nature Communications (IF 14.7)上。

文獻4：PEG敏化對PEG水凝膠介導的組織工程功效的影響

Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-04-18, DOI: 10.1038/s41467-024-46327-3

雖然聚乙二醇(PEG)水凝膠通常被認為(wei) 是生物惰性的空白板，但對PEG免疫原性的擔憂日益增加，其對組織工程的影響尚不清楚。得克薩斯農(nong) 工大學的Daniel L. Alge團隊通過對小鼠進行PEG免疫來刺激抗PEG抗體(ti) 的產(chan) 生，並評估負載骨形態發生蛋白2的PEG水凝膠治療後骨缺損的再生情況來研究這些影響。定量分析表明，與(yu) 初始對照相比，PEG致敏可增加骨形成，而組織學分析表明，PEG致敏會(hui) 在缺損部位誘導異常多孔的骨形態，特別是在男性中。此外，在接受基於(yu) PEG的治療的PEG致敏小鼠中，免疫細胞募集程度高於(yu) 未接受過治療的小鼠。有趣的是，接受基於(yu) PEG的治療的初始對照也產(chan) 生了抗PEG抗體(ti) 。骨形成和免疫細胞募集的性別差異也很明顯。總的來說，這些發現表明抗PEG免疫反應可以影響組織工程的功效，並強調需要進一步研究。該研究以“Impact of PEG sensitization on the efficacy of PEG hydrogel-mediated tissue engineering"為(wei) 題發表在Nature Communications (IF 14.7)上。

文獻5：開發基於(yu) 描述符的準確核苷水凝膠預測的機器學習(xi) 模型

Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-03-23, DOI: 10.1038/s41467-024-46866-9

核苷類超分子水凝膠因其性質和優(you) 異的生物相容性而在生物醫學領域受到廣泛關(guan) 注。然而，該領域的一個(ge) 主要挑戰是沒有模型可以預測核苷衍生物是否會(hui) 形成水凝膠。四川大學華西口腔醫院的Hang Zhao、Hao Xu、Liang Xie團隊成功開發了一種機器學習(xi) 模型來預測核苷衍生物的水凝膠形成能力。基於(yu) 71 個(ge) 已報道核苷衍生物的數據集建立了準確度為(wei) 71%（95% 置信區間，0.69−0.73）的最佳模型。通過最佳模型外用篩選出24個(ge) 分子，並通過實驗驗證其水凝膠形成能力。其中，發現了兩(liang) 種罕見報道的不依賴於(yu) 陽離子的核苷水凝膠。基於(yu) 其自組裝機製，不依賴於(yu) 陽離子的水凝膠被發現在Ag +和半胱氨酸的快速視覺檢測中具有潛在的應用。在這裏，我們(men) 表明機器學習(xi) 模型可以提供一種工具來預測具有水凝膠形成能力的核苷衍生物。該研究以“Developing a machine learning model for accurate nucleoside hydrogels prediction based on descriptors"為(wei) 題發表在Nature Communications (IF 14.7)上。

文獻6：X射線激活聚合拓展了深層組織水凝膠形成的前沿

Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-04-15, DOI: 10.1038/s41467-024-47559-z

光交聯聚合是化學、生物學和醫學領域的基本支柱。然而，流行的策略嚴(yan) 重依賴紫外線/可見光(UV/Vis)來引發原位交聯。與(yu) 紫外線輻射相關(guan) 的固有危險，即潛在的DNA損傷(shang) ，加上紫外線/可見光所表現出的組織穿透深度有限，嚴(yan) 重限製了生物體(ti) 內(nei) 光交聯的範圍。盡管近紅外光已被探索作為(wei) 外部激發源，能夠部分緩解這些限製，但其穿透深度仍然不足，特別是在骨組織內(nei) 。河北大學楊豔民/張海磊團隊引入了一種利用X射線激活來形成深層組織水凝膠的方法，超越了之前的所有界限。利用低劑量X射線激活的持久發光磷光體(ti) ，按需觸發原位光交聯反應，並能夠在雄性大鼠中形成水凝膠。該方法的突破在於(yu) 它能夠深入穿透厚牛骨，顯示出的骨穿透潛力。通過將水凝膠形成的範圍擴大到如此巨大的深度，該研究代表了該領域的進步。X射線激活聚合的這種應用可以實現精確、安全的深層組織光交聯水凝膠形成，對多個(ge) 學科具有深遠的影響。該研究以“X-ray-activated polymerization expanding the frontiers of deep-tissue hydrogel formation"為(wei) 題發表在Nature Communications (IF 14.7)上。

文獻7：由水凝膠注入晶格製成的耐衝(chong) 擊超級電容器

Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-08-01, DOI: 10.1038/s41467-024-50707-0

由於(yu) 惡劣條件下的應用要求不斷提高，儲(chu) 能裝置的安全性變得越來越重要。在不影響功能的情況下增強魯棒性的有效方法是必要的。新加坡國立大學丁軍(jun) 團隊展示了一種耐衝(chong) 擊、即用型超級電容器，由可自修複的水凝膠電解質注入晶格電極構成。三維打印碳塗層碳氧化矽集流體(ti) 提供機械保護，其壓縮應力、楊氏模量和能量吸收分別高達70.61 MPa、2.75 GPa和92.15 kJ/m³。商業(ye) 上可行的聚苯胺和可自修複的聚乙烯醇水凝膠用作活性塗層和電解質。 I型封裝結構的超級電容器電極在3mA/cm³電流下的靜態比電容為(wei) 585.51 mF/cm³，在0.5 mW/cm³功率密度下的能量密度為(wei) 97.63 μWh/cm³。它在條件下保持運行完整性，包括0.3 J/cm³能量的衝(chong) 擊後0至18.83 MPa的動態負載以及電解質損壞後的自愈，展示了環境下應用的前景。該研究以“Impact-resistant supercapacitor by hydrogel-infused lattice"為(wei) 題發表在Nature Communications (IF 14.7)上。

文獻8：基於(yu) 物理學的水凝膠水分捕獲特性預測

Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-10-17, DOI: 10.1038/s41467-024-53291-5

水分捕獲材料可以實現可能改變遊戲規則的能源水技術，例如大氣水生產(chan) 、儲(chu) 熱和被動冷卻。水凝膠複合材料因其低成本、對濕度的高親(qin) 和力和設計多功能性而成為(wei) 出色的水分捕獲材料。盡管付出了大量努力來實驗探索用於(yu) 高性能水分捕獲的水凝膠的巨大設計空間，但對這些材料水分捕獲特性背後的理解仍然存在關(guan) 鍵的知識差距。這種缺失的理解阻礙了新型水凝膠的快速開發、材料性能增強和器件級優(you) 化。麻省理工學院Carlos D. Díaz-Marín團隊將水凝膠-鹽複合材料的合成和表征相結合，以開發和驗證彌合這一知識差距的理論描述。從(cong) 水凝膠-鹽複合材料的熱力學描述開始，開發了準確捕獲實驗測量的水分吸收和吸附焓的模型。還開發了質量傳(chuan) 遞模型，可以精確地將水分動態吸收和解吸到水凝膠-鹽複合材料中。總而言之，這些結果證明了主導水分捕獲性能的主要變量，表明在所有考慮的情況下，聚合物在材料性能中的作用可以忽略不計。該見解指導了下一代濕度捕獲水凝膠的合成，並以以前在關(guan) 鍵水能源應用中無法實現的方式實現其係統級優(you) 化。該研究以“Physics-based prediction of moisturecapture properties of hydrogels"為(wei) 題發表在Nature Communications (IF 14.7)上。

文獻9：用於(yu) 慢性神經調節的高度穩定、可注射、導電水凝膠

Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-09-12, DOI: 10.1038/s41467-024-52418-y

電藥通過選擇性調節靶器官附近的周圍神經，有望用於(yu) 治療難治性疾病。然而，這些神經的小尺寸和脆弱的性質給簡化固定和穩定神經電極的電耦合接口帶來了挑戰。華中科技大學羅誌強，美國賓夕法尼亞(ya) 大學Jiang Yuanwen，華中科技大學張麗(li) 團隊使用可注射的生物粘附水凝膠生物電子學為(wei) 精細周圍神經構建了一個(ge) 強大的神經接口。通過在網絡形成過程中加入多功能分子調節劑，通過微調導電網絡內(nei) 的反應動力學和多尺度相互作用來優(you) 化水凝膠的可注射性和導電性。同時，在不影響其可注射性的情況下實現了水凝膠的機械和電穩定性。最小的組織損傷(shang) 以及可注射神經接口的低且穩定的阻抗使得能夠對雄性大鼠模型中的心肌梗死治療進行慢性迷走神經調節。高度穩定、可注射、導電的水凝膠生物電子學可隨時用於(yu) 瞄準具有挑戰性的解剖位置，為(wei) 未來的精準生物電子醫學鋪平道路。該研究以“Highly-stable, injectable, conductive hydrogel for chronic neuromodulation"為(wei) 題發表在Nature Communications (IF 14.7)上。

文獻10：室溫磷光木材水凝膠

Nature Communications (IF 14.7) Pub Date: 2024-12-04, DOI: 10.1038/s41467-024-55025-z

室溫磷光（RTP）水凝膠表現出巨大的潛力，但表現出較差的機械性能（拉伸強度<1 MPa）和不可調諧的RTP性能，阻礙了它們(men) 的實際應用。東(dong) 北林業(ye) 大學陳誌俊教授、李淑君教授團隊通過在脫木素木材存在下丙烯酰胺的原位聚合來開發木材水凝膠（W-水凝膠）。由於(yu) 脫木素木材和聚丙烯酰胺成分之間的分子相互作用，W-水凝膠表現出38.4 MPa 的拉伸強度和綠色RTP發射，壽命為(wei) 32.5 ms。此外，用乙醇處理W-水凝膠後，拉伸強度和RTP壽命提高到153.8 MPa和69.7 ms。值得注意的是，W-水凝膠的機械性能和RTP性能是通過交替的“乙醇和水"處理來切換的。此外，W-水凝膠用作能量供體(ti) ，以便通過能量轉移過程使用RhB產(chan) 生紅色餘(yu) 輝發射。利用這些特性，W-水凝膠被加工成多種基於(yu) 水凝膠的發光材料。該研究以“Room temperature phosphorescent wood hydrogel"為(wei) 題發表在Nature Communications (IF 14.7)上。