形状变形致动器可以随着形态变化而呼吸，以模拟植物事件，形状变形致动器用软水凝胶材料来制造还具有挑战性。于此，中科院化学研究所王树和动物研究所顾奇等人报道了一种4D打印智能水凝胶致动器，该致动器不仅可以动态变形，还可以在外部刺激下产生氧气（O₂）。

本文要点

1）打印的呼吸致动器具有菠菜叶衍生类囊体膜（纳米类囊体），用于光热转换和催化O₂释放，聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPA）热响应聚合物网络，用于通过膨胀/收缩（再水化/脱水）产生变形力，和不对称双层聚N-异丙基丙烯酰胺/聚丙烯酰胺（PNIPA/PAA）结构来放大机械运动。在热刺激或激光照射下，由于纳米类囊体的光热转换和打印的热响应不对称双层结构，致动器可以可逆地弯曲/伸直。

2）此外，纳米类囊体的过氧化氢酶样特性赋予了致动器氧气释放能力，以进一步模拟植物系统进行呼吸。值得注意的是，4D打印可以极大地促进和简化致动器制造过程，包括调整尺寸和层组成。

综上所述，这种具有光热和催化特性的人工呼吸致动器为智能水凝胶系统的设计提供了一种策略，并被证明是3D/4D打印、自动化机器人和智能生物医学设备领域极具前景的候选材料。

参考文献：

Zhao, H.,et al., Biomimetic 4D-Printed Breathing Hydrogel Actuators by Nanothylakoid and Thermoresponsive Polymer Networks. Adv. Funct. Mater. 2021, 2105544.

https://doi.org/10.1002/adfm.202105544