CRPS论文精选：水凝胶

物质科学

Physical science

Cell Reports Physical Science是Cell Press细胞出版社旗下一本高定位的开放获取期刊（最新影响因子7.83），致力于报道高质量的物质科学研究成果。

水凝胶作为一种多功能材料，其化学性质和机械性能灵活可调。这使得它们得以成功应用于组织工程、药物传递以及分析化学等诸多领域。本期小编特别整理了本刊近期发表的关于水凝胶的最新研究成果与大家分享，其中包括仿生驱动器，神经毒剂检测以及新机制提出。

*以下摘要中文内容翻译自原文，请以英文原文为准。

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折纸策略助力人工肌肉柔性双向扭转

目前的人工肌肉只能实现单向扭转运动，无法复现类似生物关节的双向扭转运动。基于此，我们将折纸的重折叠策略用于柔性人工肌肉的设计，解决了上述挑战。将两种扭转方向相反的square-twist折痕图案设计在同一个执行器上，通过控制执行器两个气室的驱动顺序，产生不同方向的扭矩，从而实现人工肌肉的双向扭转变形。这种策略为开发可穿戴设备和软体机器人等多种潜在应用领域的多功能人造肌肉提供了一种简便有效的方法。

邹俊教授

浙江大学

论文摘要

近年来，柔性人工肌肉的发展使得机器人能够复现生物有机体中肌肉的驱动行为，然而目前开发灵活、可控和多功能的人工肌肉，仍然挑战重重。基于此，本文通过将折纸的重折叠策略引入人工肌肉，使其可以使用不同的预编程折痕图案来实现多模变形。重折叠的人工肌肉，是受重折叠方形扭转折纸启发而来，其不同的扭转方向是通过对两个腔室依次施加真空，产生方向相反的扭矩来实现的。重折叠人工肌肉将扭转、弯曲、收缩等多种运动耦合为一体，通过单个或多个肌肉模块的组合（类似于“积木”），可以灵活生动地复现多种生物运动，包括抓手、肱二头肌伸缩、脖子、手腕、脚踝的双向扭转等。

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一种基于自蔓延级联反应的神经性毒剂塔崩替代物自降解水凝胶传感器

“我们发现，当神经性毒剂塔崩的替代物存在时，一个自蔓延的级联反应可以用来触发膜的降解。该膜是由高交联聚合物基质生成的水凝胶构建的，而水凝胶中的连接体可在级联反应过程中发生降解。我们认为该发现十分重要，这是因为制造出对神经性毒剂有反应的材料预示着它们将有望应用于检测和解毒领域。”

Eric Anslyn教授

德克萨斯大学奥斯汀分校

Delia Milliron教授

德克萨斯大学奥斯汀分校

论文摘要

神经毒剂可以使乙酰胆碱酯酶不可逆地失去活性，是剧毒的大规模杀伤性武器。因此，如何开发出检测这些致命毒剂的方法显得十分重要。基于此，本文设计了一个可通过自蔓延级联反应分解的互穿网络水凝胶，以为神经毒剂塔崩的替代物打造一种光学传感器以及一个可与其反应而溶解的物理屏障。水凝胶中添加了米氏酸衍生的连接子，其会与硫醇发生“脱点击”（declick）反应，从而破坏网络连接，释放更多的硫醇，进而在整个水凝胶中蔓延传播。通过添加塔崩模拟物引发的一系列化学反应引发了级联反应。溶解的屏障用于释放染料，以及发生自发聚集的纳米晶体。因此，该塔崩感应系统不仅会产生物理反应，且输运了对初始触发有响应的化学试剂。

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纤维团聚在苝基纤维网络形成中的作用

“超分子凝胶在组织工程、药物传递、分子电子和传感等领域应用广泛，而π共轭分子自组装纤维的团聚对于超分子凝胶的形成至关重要。然而，识别纤维团聚的原位光谱特征仍是极具挑战。我们的研究表明，自组装纤维团聚背后的机制可以通过手性光学技术得以深入研究。”

Girish Lakhwani教授

悉尼大学

论文摘要

π共轭分子的自组装纤维的团聚是形成低分子量超分子凝胶的关键。然而，纤维团聚的原位光谱特征的识别仍然颇具挑战。基于此，本文通过结合手性光学技术，包括圆二色谱（CD）、磁性圆二色谱（MCD）和荧光检测圆二色谱（FDCD），研究了手性低分子量凝胶剂，L-丙氨酸取代苝酰亚胺双（正丁基）酯（PIBE）自组装纤维的团聚。令人惊讶的是，研究发现聚结的PIBE纤维与孤立的PIBE纤维相比表现出截然相反的CD特征。相比之下，在团聚过程中MCD和FDCD信号则没有发生变化，这表明单个纤维的局部结构没有受到干扰。利用布朗动力学模拟，本文得出结论即纤维上的有效电荷决定了团聚过程，团聚纤维的最终几何形状由交叉节点标记。

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