水凝胶(Hydrogel)，简单来说就是以水为分散介质的凝胶。一般是具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。主要特点为柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。
1894年，“水凝胶”一词首次出现在文献中，经过一百多年的发展，水凝胶的热度不仅没有被时间淹没，反而随着被越来越多的研究而更受关注，到如今水凝胶早已经进入“智能时代”，人们对它们的了解和应用更进一步。
在此，纳米人联合奇物论编辑部精选2篇Nature，1篇Science和17篇NS子刊，带领大家感受水凝胶到底有多神奇！
1. Science：可编程的CRISPR响应智能材料
生物信号激活的刺激响应材料在生物技术应用中发挥着越来越重要的作用。有鉴于此，美国麻省理工学院James J. Collins等人利用CRISPR相关核酸酶的可编程性来驱动含有DNA的水凝胶，将其作为结构元件。RNA可以特异性识别外源DNA，激活Cas12a 在凝胶中切割DNA，从而将生物信息转化为材料性质的变化。作者报道了四类应用: (i)多臂聚乙二醇水凝胶释放负载DNA的化合物；(ii)可降解的聚丙烯酰胺-DNA水凝胶封装纳米颗粒和活细胞；(3)导电炭黑-DNA水凝胶作为可降解电气保险丝；(iv) 聚丙烯酰胺-DNA水凝胶作为流体阀，用于远程信号的电子读出装置。这些材料可以应用在组织工程、生物电子学和体外诊断等领域。
Max A. English, Luis R. Soenksen, Raphael V. Gayet, Helenade Puig, Nicolaas M. Angenent-Mari, Angelo S. Mao, Peter Q. Nguyen, James J.Collins. Programmable CRISPR-responsive smart materials. Science. 2019DOI：10.1126/science.aaw5122https://science.sciencemag.org/content/365/6455/780
2. Nature：干式双面胶带用于粘接湿组织和植入设备
通过分子间的作用力，如氢键、静电相互作用和范德华相互作用，两个干燥的表面可以瞬间附着在一起。然而，当涉及到身体组织等湿表面时，这种瞬间粘附是具有挑战性的，因为水将两个表面的分子分开，阻止了相互作用。虽然与缝合或吻合术相比，组织粘接剂具有潜在的优势，但现有的液体或水凝胶组织粘接剂存在着粘接力弱、生物相容性差、与组织机械匹配差、粘接形成缓慢等缺陷。近日，美国麻省理工学院赵选贺研究小组，开发出一种替代的组织粘合剂，其形式为干式双面胶带（DST），由生物聚合物（明胶或壳聚糖）和接枝有N-氢琥珀酰亚胺酯的交联聚丙烯酸组成。这种DST的粘附机制取决于从组织表面去除界面水，从而导致与表面的快速临时交联。随后与组织表面上的胺基进行共价交联进一步改善了DST的粘附稳定性和强度。体外小鼠、体内大鼠和体外猪模型表明，DST可以在五秒钟内在各种湿动态组织和工程固体之间实现强力粘附。DST可用作组织粘合剂和密封剂，以及将可穿戴和可植入设备粘附到湿组织上。
Hyunwoo Yuk, Claudia E. Varela, Christoph S. Nabzdyk, et al.Dry double-sided tape for adhesion of wet tissues and devices. Nature, 2019.DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1710-5https://www.nature.com/articles/s41586-019-1710-5
3. Nat.Commun.：发挥纳米颗粒形状在增强水凝胶粘合性和机械性能方面的作用
控制纳米结构形状和尺寸的能力为设计宏观性能取决于纳米颗粒的性质的材料提供了机会。尽管颗粒形态已被认为是至关重要的参数，但迄今为止，对潜在的形状依赖性特性的研究受到了限制。近日，伯明翰大学Rachel K. O’Reilly，AndrewP. Dove，Maria C. Arno等证明了纳米颗粒的形状是确定纳米复合水凝胶性能的关键因素。1）使用海藻酸钙水凝胶，作者发现使用具有血小板形状的聚（L-丙交酯）基纳米颗粒作为粘合剂比使用由球形或圆柱形胶束组成的纳米颗粒粘合剂的粘合性要显著增强。2）此外，与它们的球形和圆柱形对应物相比，含有血小板形庄的凝胶纳米复合材料在应变作用下显示出增强的抗断裂性。该工作为纳米颗粒的形状在调节机械性能方面起着重要作用的凝胶纳米复合材料领域的方向变化打开了大门。
Maria C. Arno, et al. Exploiting the role of nanoparticleshape in enhancing hydrogel adhesive and mechanical properties. Nat.Commun. 2020,DOI: 10.1038/s41467-020-15206-yhttps://www.nature.com/articles/s41467-020-15206-y
4. ScienceTranslational Medicine：载细胞工程水凝胶促进大鼠颅面骨组织再生
载有细胞的水凝胶广泛用于组织工程和再生医学。但是，这些水凝胶中有许多并未针对在暴露于血液和唾液的口腔环境中进行优化。为了解决这些挑战，加州大学洛杉矶分校Alireza Moshaverinia和Tara Aghaloo等人设计了一种具有可调机械性能的海藻酸钠基粘合剂、光交联和骨导电水凝胶生物材料（AdhHG）。1） 工程水凝胶作为可注射间充质干细胞（MSC）载体应用于颅面骨组织工程。小鼠皮下植入证实了水凝胶的生物降解性、生物相容性和骨传导性。2） 在成熟的大鼠种植体周围炎模型中，应用包裹牙龈间充质干细胞（GMSCs）的粘合水凝胶，可使种植体周围的骨完全再生，并伴有种植体周围的骨丢失。总而言之，研究人员已经开发出一种独特的生物启发性粘附水凝胶，具有可调的机械性能和生物降解性，能够有效地传递患者来源的牙科MSCs。水凝胶是光交联的，并且由于存在MSC聚集体和羟基磷灰石微粒，可促进颅面组织工程应用中的骨再生。
Hasani-Sadrabadi MM, et al. An engineered cell-ladenadhesive hydrogel promotes craniofacial bone tissue regeneration in rats.Science Translational Medicine. 2020;12(534):eaay6853.
https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aay6853
5. Science Advances：一氧化氮水凝胶揭示血管生成机制
内皮细胞（ECs）中一氧化氮（NO）的产生会促进血管生成。尽管人类间充质干细胞（hMSCs）的促血管生成作用已被广泛研究，但NO在这一作用中的机制仍不清楚。于此，韩国延世大学医学院Hak-Joon Sung等人使用一种明胶水凝胶，通过谷氨酰胺转胺酶反应交联后释放NO（NO-gel）。1）在NO凝胶中监测骨髓来源的hMSCs（BMSCs）与脂肪来源的hMSCs（ADSCs）的来源特异性行为。NO抑制导致其血管生成活性显着降低。 2）与ADSCs的内皮细胞分化相比，NO-gel诱导的BMSCs周细胞样特征，（BMSCs对比ADSCs）特征表现为管稳定对比管形成、3D共定位对比2D共形成的EC管网络、凝胶塞中周细胞样伤口愈合对比EC样血管生成、周细胞对比EC标志物生成。这些结果为NO在调节hMSC来源特异性血管生成机制中的作用及其治疗应用提供了以前未知的见解。
Kang M-L, et al. Hydrogel cross-linking–programmed release of nitric oxide regulates source-dependentangiogenic behaviors of human mesenchymal stem cell. Science Advances.2020;6(9):eaay5413.DOI: 10.1126/sciadv.aay5413https://advances.sciencemag.org/content/6/9/eaay5413
6. 赵选贺&臧剑锋等Nat. Commun.：纳米晶排排队，水凝胶实现抗疲劳粘连
在许多动物的骨骼上，软结缔组织（肌腱、韧带和软骨）的粘附可以在数百万次机械载荷循环中保持高韧性（∽800Jm−2）。但合成水凝胶与工程材料之间尚未实现这种抗疲劳粘连，但对于各种应用（如人造软骨和肌腱、坚固的防污涂层和水凝胶机器人）来说，是非常需要这种抗疲劳粘连的。有鉴于此，受肌腱/韧带/软骨和骨骼之间纳米结构界面的启发，麻省理工学院赵选贺和华中科技大学臧剑锋等人将合成水凝胶的有序纳米晶结构域结合到工程材料上，由此产生抗疲劳的粘合，界面疲劳阈值为800Jm−2，这是因为与无定形聚合物链相比，界面处的疲劳裂纹扩展需要更高的能量来破坏有序的纳米结构。1)通过标准的90°剥离测试表明，水凝胶和基底之间产生显着的抗疲劳粘连，界面疲劳阈值为800 J m-2。2)研究人员通过表面掠入射小角X射线散射试验和全原子分子动力学（MD）模拟，表明在界面上和整体水凝胶内部引入纳米晶域可协同确保水凝胶-固体界面具有极高的抗疲劳性。3)该方法可以在具有复杂几何形状的多种工程材料上制备抗疲劳水凝胶涂层。而且进一步证明，抗疲劳水凝胶涂层对天然软骨表现出低摩擦和低磨损。
Liu, J., et al. Fatigue-resistant adhesion of hydrogels. NatCommun 11, 1071 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-14871-3
7. Nat.Commun.：微粒牵引力显微镜揭示亚细胞力的作用模式
力的施加是细胞行为的一个组成部分。牵引力显微镜（TFM）已经成为研究这种力的工具，提供了亚细胞分辨率的空间力测量。然而，传统的TFM的应用受到典型平面几何的限制。于此，斯坦福大学Julie A. Theriot等人开发了一种基于粒子的力传感策略来研究细胞间的相互作用。研究人员建立了一个简单的批量合成方法，用于合成均匀、可变形和可调节的水凝胶粒子。这种粒子的三维形状可以用常规共焦显微镜以超分辨率（<50nm）的精度来分辨。研究人员引入了一种暂无参考的计算方法，该方法可以直接从粒子形状推断出具有高灵敏度的牵引力。通过揭示在吞噬细胞的吞噬和细胞毒性T细胞免疫突触的力动态的亚细胞力模式，说明了这种方法具有很大的应用潜力。该策略可以很容易地适用于研究广泛应用中的细胞力。
Vorselen, D., Wang, Y., de Jesus, M.M. etal. Microparticle traction force microscopy reveals subcellular forceexertion patterns in immune cell–targetinteractions. Nat Commun 11, 20(2020)doi:10.1038/s41467-019-13804-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-019-13804-z
8. NatureNanotech.：揭示细胞外囊泡穿过细胞外基质的机制
细胞释放细胞外囊泡（EVs）进行远距离通讯，这需要EVs穿过细胞外基质（ECM）。然而，鉴于EVs的尺寸通常大于ECM的网格尺寸，因此不清楚它们如何穿过致密的ECM。于此，伊利诺伊大学芝加哥分校Jae-Won Shin等人表明，与合成纳米粒子相比，EVs很容易通过纳米多孔ECM进行转运。1） 通过使用工程水凝胶，研究人员证明基质的机械性能会在限制条件下调节异常的EVs转运。基质应力松弛允许EVs克服限制，并且更高的交联密度会促进通过聚合物网的波动转运运动，这导致自由扩散和快速传输。2） 此外，通过水通道蛋白-1的水渗透介导EV的可变形性，这会进一步辅助水凝胶和脱细胞基质中的EV转运。3） 该研究可以告知治疗性EV如何被潜在地修饰，以更好地促进它们通过组织ECM的递送。综上所述，该结果描述了EV在没有基质降解的情况下在聚合物基质中转运的能力，尽管EV大于基质的平均网格尺寸。基质应力松弛使EV容易逃逸由聚合物网络形成的笼子。该研究结果为受限环境中EV运输的性质提供了证据，并证明了对基质力学和水渗透的依赖性，为ECM中发生的EV转运行为开辟了新的研究途径。
Lenzini, S., Bargi, R., Chung, G. et al. Matrixmechanics and water permeation regulate extracellular vesicletransport. Nat. Nanotechnol. (2020).https://doi.org/10.1038/s41565-020-0636-2
9. Science Advances：光降解水凝胶作为胃肠道应用的动态触发器
能够被选择性刺激降解的可触发材料将改变我们精确控制生物医学设备活动和性能的能力，同时减少对侵入性干预的需求。于此，麻省理工学院Giovanni Traverso等人描述了模块化和可调光触发水凝胶系统的开发，该系统能够与可植入设备连接。研究人员将这些材料应用于胃肠道（GI）的两种应用：减肥球囊和食道支架。展示了该材料在体外、离体和体内的生物相容性和按需触发。此外，研究人员通过在一个带有可食LED的大型动物猪模型中表明了该系统的性能。可光触发的水凝胶具有在胃肠道和其他解剖区域广泛应用的潜力。通过演示体内可光降解水凝胶的首次使用，该团队为生物医学工程师和临床医生提供了以前无法获得的、安全的、可动态递送的精确工具，以设计可动态驱动的可植入设备。
Raman R, Hua T, Gwynne D, Collins J, Tamang S, Zhou J, etal. Light-degradable hydrogels as dynamic triggers for gastrointestinalapplications. Science Advances. 2020;6(3):eaay0065.
https://advances.sciencemag.org/content/6/3/eaay0065
10. 江雷/闻利平Nat. Commun.：仿生水凝胶多孔纳米膜，高效率收集蓝色能源！
海水和淡水之间的离子梯度所产生的渗透能，被认为是一种极具前景的可再生能源。然而，由于目前所使用离子交换膜界面迁移效率低，最终导致能源效率极为低下。有鉴于此，中科院理化所江雷院士和闻利平研究员等人受到鳗鱼等自然界的启发，并结合纳米流体的优势，首次报道了一种基于水凝胶的多孔纳米流体膜，可以高效率收集这种蓝色能源。这项工作证明了聚电解质凝胶作为高性能界面材料在非均相渗透发电领域的巨大前景。1）首次使用三维水凝胶界面膜来实现渗透能的高效转化。通过浇铸法，将功能性聚电解质水凝胶膜和支撑性多孔芳香纳米纤维膜组合在一起，最终得到有机非均相复合膜。2）体系中固有的结构和电学、化学性质，确保稳定的离子二极管效应，极大地促进了阳离子从纳米纤维层到水凝胶层的传输；水凝胶膜提供了广阔的带电3D网络用于离子扩散，可大大提高界面传输效率，这为盐度梯度发电提供了可能。3）当将天然海水和河水混合时，功率输出可以达到约5.06 W m−2的极高值，其性能优于目前报道的最好的膜。
Zhen Zhang et al. Improved osmotic energy conversion inheterogeneous membrane boosted by three-dimensional hydrogel interface. NatureCommunications 2020.https://www.nature.com/articles/s41467-020-14674-6
11. Nat.Commun.：构建环状工程心脏组织
心脏的功能是通过协调不同的心脏细胞亚型（如心室、心房、传导组织心肌细胞）来实现的。人多能干细胞来源的心肌细胞（hPSC-CMs）为心脏研究提供了独特的机会。使用这些细胞的传统研究集中在单个细胞和利用混合细胞群。而来自以色列理工学院Lior Gepstein课题组的目标是开发与临床相关的由腔室特异性hPSC-CM组成的工程心脏组织（Engineered Heart tissues,EHTs）。于此，该研究团队表明，这种EHTs的形成可以通过引导hPSCs分化为心室或心房心肌细胞，然后将这些心肌细胞包埋在胶原水凝胶中，形成腔室特异性的环状EHTs。通过免疫染色、基因表达、动作电位和传导速度的光学评估、药理学和机械力测量，腔室特异性EHTs显示出明显的心房和心室表型。研究人员还建立了一个基于心房EHTs的心律失常模型，并通过应用相关的药物干预来证实其有效性。因此，该腔室特异性EHT模型可用于心脏病的建模、病理生理学研究和药物试验。
Goldfracht, I., Protze, S., Shiti, A. etal. Generating ring-shaped engineered heart tissues from ventricular andatrial human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. NatCommun 11, 75 (2020)
doi:10.1038/s41467-019-13868-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-019-13868-x
12. Science子刊：机器人热出汗了，怎么办？
在炎热的夏天，无论汗味有多糟糕，我们都应该感谢身体具有出汗的能力，否则，我们的身体将难以跟上高温的步伐。通过排汗和蒸发冷却降低体温的能力可使得我们能在剧烈运动期间具有更大的耐力。但是，如果机器人出汗了，怎么办呢？近日，美国康奈尔大学Robert F. Shepherd等人，为机器人出汗找到了解决方案。我们知道，机器过热会对机器自身产生很多危害，因为在工程系统中，存储的能量到有用功的转换永远不会完全有效，并且热量会散发到系统中。过多热量产生的不利影响很多，包括热膨胀，温度梯度引起的应力或电路中电子迁移率的变化。Robert F. Shepherd研究团队从汗流浃背的人类身上汲取灵感，创建了一个自出汗的柔软机器人抓手系统，实现自身冷却降温。研究人员使用定制的多材料立体光刻（SLA）3D打印技术造出用于装液体的内部容器，并在其表面上添加小孔。当温度升高时，手指状抓手的外层会膨胀，导致孔扩张并排出液体，实现快速降温。
MishraAK, Wallin TJ, Pan W, Xu P, Wang K, Giannelis EP, etal. Autonomic perspirationin 3D-printed hydrogel actuators. Science Robotics.2020;5(38):eaaz3918.https://robotics.sciencemag.org/content/5/38/eaaz3918
13. ScienceTranslational Medicine：双重作用水凝胶治疗伤口感染和炎症
伤口感染会增加全身并发症（如败血症）的风险，并且由于抗菌素耐药性的增加而难以治疗。 于此，瑞典隆德大学Manoj Puthia等人开发了一种含有凝血酶衍生肽TCP-25的水凝胶，可杀死细菌并减少炎症。该水凝胶在体外对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和临床细菌分离株均有效，对小鼠皮下感染和猪部分创面感染模型均有治疗作用。该肽的生物活性切割片段类似于在人类伤口液中发现的那些片段。结果表明，这种具有抗炎和抗菌双重作用的多肽功能水凝胶是一种很有前景的创面愈合方法。
Puthia M, Butrym M, Petrlova J, Strömdahl A-C, Andersson MÅ,Kjellström S, et al. A dual-action peptide-containing hydrogel targets woundinfection and inflammation. Science Translational Medicine.2020;12(524):eaax6601.https://stm.sciencemag.org/content/12/524/eaax6601
14. Nat.Commun.：血管外凝胶收缩引起的内应力使肿瘤饥饿治疗具有抑制转移和复发的作用
尽管目前的饥饿疗法有效，但它们往往伴随着一些固有的缺点，如持续性差、易发生肿瘤转移和复发。在此，同济大学徐辉雄、Zhang Kun等联合中科院上海硅酸盐研究所陈雨等建立了血管外凝胶收缩引起内应力策略，用于挤压和收缩血管，阻断血液和营养供应，降低血管密度，诱导缺氧和凋亡，最终实现恶性肿瘤的饥饿治疗。他们设计了一种由金纳米棒（GNRs）和热敏性水凝胶混合物组成的生物相容性复合水凝胶，其中GNRs可以增强水凝胶混合物的结构性能，并使凝胶收缩引起的内应力具有鲁棒性。系统实验表明，这种饥饿疗法可以抑制PANC-1胰腺癌和4T1乳腺癌的生长。更重要的是，这种饥饿策略可以通过降低血管密度和血供，阻断肿瘤的迁移通道，从而抑制肿瘤的转移和复发，为肿瘤的综合治疗提供了一条颇具前景的途径。
Kun Zhang, Yan Fang, Yaping He, et al. Extravasculargelation shrinkage-derived internal stress enables tumor starvation therapywith suppressed metastasis and recurrence, Nat. Commun., 2019.
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13115-3
15. Nature：通过点击-功能性肽bundles制备具有受控组装和刚性的聚合物
生物分子的工程设计是功能强大的精密软材料设计中的关键概念。生物分子具有出广泛的功能和结构，包括化学识别（例如，酶底物或粘合剂配体的化学识别），精美的纳米结构（由肽，蛋白质或核酸组成），以及异常的机械性能（如丝状强度，刚度，粘弹性和回弹性）。近日，特拉华大学Christopher J. Kloxin，Darrin J. Pochan，宾夕法尼亚大学Jeffery G. Saven等发展了一种物理（非共价）相互作用与“点击”共价组装相结合的方法，用于制备肽基聚合物。这些聚合物的纳米级单体单元是低分子量肽的同四聚体，α-螺旋bundles。肽bundles单体或bundlemers可以被设计成具有多种化学功能。蛋白质状结构肽bundles可精确定位不同bundlemers末端之间的共价键，从而形成具有有趣且可控制的物理特性的聚合物，例如刚性棒，半柔性或扭结链以及热响应性水凝胶网络。聚合物刚度可以通过改变连接剂来控制。此外，通过控制bundlemer外围的氨基酸序列，对特定的氨基酸侧链进行修饰（包括“点击”化学功能化），可创建各种各样的杂化纳米材料。
Dongdong Wu, Jeffery G. Saven*, Christopher J. Kloxin,*Darrin J. Pochan*, et al. Polymers with controlled assembly and rigiditymade with click-functional peptide bundles. Nature, 2019.DOI: 10.1038/s41586-019-1683-4https://www.nature.com/articles/s41586-019-1683-4
16. Nat.Commun.：超强人造蜘蛛丝
蜘蛛丝具有强度、韧性、延展性和能量吸收的独特组合。迄今为止，利用非蛋白质方法很难获得蜘蛛丝般的机械性能。在这里，南开大学刘遵峰教授团队报道了一种人造蜘蛛丝，由聚丙烯酸和二氧化硅纳米颗粒制成的水凝胶纤维在水蒸发诱导下自组装而成。人造蜘蛛丝由分层的芯鞘结构水凝胶纤维组成，这些纤维通过离子掺杂和加捻得到增强。该纤维的抗张强度为895 MPa，可拉伸性为44.3％，可实现与蜘蛛丝相当的机械性能。该材料还具有370 MJ m-3的高韧性和95％的阻尼能力。当用于减少冲击的应用时，水凝胶纤维仅显示出棉纱冲击力的约1/9，且回弹可忽略不计。这项工作为人造蜘蛛丝的制造开辟了一条途径，并将其应用于动能缓冲和减震领域。
Dou, Y., Wang, Z., He, W. et al. Artificial spider silk fromion-doped and twisted core-sheath hydrogel fibres. Nat Commun 10, 5293 (2019)doi:10.1038/s41467-019-13257-4https://doi.org/10.1038/s41467-019-13257-4
17. Nat. Rev.Mater.：水凝胶微粒的生物医学应用
水凝胶微粒子(HMPs)在许多的生物医学领域例如递送治疗药物、构建组织修复支架和用于3D打印的生物墨水等都有着广阔的应用前景。HMPs既可以在悬浮液中形成，并作为一种颗粒状水凝胶的聚合体来形成微孔支架以促进细胞的浸润；也可以被嵌入大块水凝胶中以构建多级结构的材料。研究表明，HMP的悬浮液和颗粒状水凝胶都可用于对生物制品进行微创递送，并且不同HMP组成也会影响的它们的模块化特性。杜克大学Tatiana Segura教授和宾夕法尼亚大学JasonA. Burdick教授合作综述讨论了目前用于制造HMPs的相关技术以及HMP体系的多级结构行为和功能特性；也对HMPs在细胞和药物递送、支架设计和生物制造等领域的应用进行了讨论。
Andrew C. Daly, Tatiana Segura, Jason A. Burdick. et al.Hydrogel microparticles for biomedical applications. Nature ReviewsMaterials. 2019https://www.nature.com/articles/s41578-019-0148-6
18. Nat.Commun.：溶剂-非溶剂快速注射法制备纳米水凝胶
由于ABA三嵌段共聚物具有独特的分子结构，将其引入B嵌段选择性溶剂后，会经历特定的自组装过程，从而形成各种纳米结构。虽然ABA三嵌段共聚物自组装的研究主要集中在平衡态纳米结构上，但对非平衡加工条件下纳米结构形成的工作相对较少。有鉴于此，宾夕法尼亚州立大学Robert J. Hickey教授和Manish Kumar教授等报道了一种用溶剂-非溶剂快速注射法制备和调控ABA三嵌段共聚物体系的通用定量方法。研究发现，利用这种快速注射技术，含金纳米粒子和具有结构色的分级有序水凝胶的等离子体纳米复合水凝胶可以在一分钟内组装完成。更令人惊讶的是，与传统的ABA水凝胶相比，快速注射法制备的复合水凝胶具有更好的力学性能。
Chao Lang, Jacob A. LaNasa, Nyalaliska Utomo, Yifan Xu,Melissa J. Nelson, Woochul Song, Michael A. Hickner, Ralph H. Colby, ManishKumar & Robert J. Hickey. Solvent-non-solvent rapid-injection forpreparing nanostructured materials from micelles to hydrogels. Nat.Commun.,2019Doi：10.1038/s41467-019-11804-7https://www.nature.com/articles/s41467-019-11804-7
19. NatureMater.评论：推动水凝胶生物材料向4D发展
合成具有时空控制的生物材料一直是该领域的挑战。近期华盛顿大学的Cole A. DeForest教授课题组开发出一种方法，在不影响生物活性的前提下，利用转肽酶介导的转位反应，用位点特异性固定化蛋白可逆地构建细胞负载的水凝胶。他们首先将这些改性蛋白加入PEG水凝胶中，使用环加成反应进行凝胶化，然后用空间控制方法进行光化肟结扎固定蛋白。研究发现，通过邻硝基苄基酯的化学反应，结合蛋白可以在光的作用下被释放。这个蛋白质固定和释放的过程可以在四维空间里可逆的重复。这一研究首次实现了对水凝胶中活性蛋白表达的时空控制。宾夕法尼亚大学的Jason A. Burdick教授高度赞扬了这项新技术。他认为，实现对水凝胶中蛋白质表达的“自上而下”控制可以用来解决一些复杂的生物学问题，并改变细胞行为，尤其是在三维环境中。如果能够利用这种技术将复杂的细胞信号 (通过时间分子控制)和细胞结构异质性(通过空间控制)与一些生物学问题和应用关联起来，那么这种技术创造的价值将是无法估量的。
Jonathan H. Galarraga & Jason A. Burdick. Movinghydrogels to the fourth dimension. Nature Materials, 2019DOI: 10.1038/s41563-019-0458-5https://www.nature.com/articles/s41563-019-0458-5
20. 清华大学Nat. Commun.：树叶启发光驱动净水生产
天然维管植物叶片依赖于渗透压，蒸腾和内脏的差异，以产生大量由阳光驱动的清洁水。受此启发，清华大学Liangti Qu, Tianbao Ma 和 Chun Li等人报告了一种用于高效水净化和生产的阳光驱动净化器。这种阳光驱动的净化器的特征在于负温度响应聚（N-异丙基丙烯酰胺）水凝胶（PN）锚定在超亲水三聚氰胺泡沫骨架上，并且一层PNIPAm改性石墨烯（PG）滤膜涂在其表面。结果表明，相对刚性的三聚氰胺骨架的超亲水性显着加速了PNPG-F净化器的膨胀/消溶胀速率。在一个太阳下，这种合理的工程结构提供了4.2 kg m-2 h-1的收集，并且从盐水进料中获得单个PNPG-F的离子排斥率>99％。
Geng, H.; Xu, Q.; Wu, M.; Ma, H.; Zhang, P.; Gao, T.; Qu,L.; Ma, T.; Li, C. Nat. Commun. 2019, 10, 1512.Doi:10.1038/s41467-019-09535-w.https://doi.org/10.1038/s41467-019-09535-w
