水凝胶被设计用于对许多不同的刺激做出反应，在组织工程和软机器人领域有着广泛的应用。然而，具有机械响应性的聚合物网络，特别是那些表现出按需自硬化和自软化行为的聚合物网络，却很少有报道。

在这里，中国科学院大学温州研究院Lifei Zheng，德国莱布尼茨互动材料研究所Andreas Herrmann设计了一种分子水平上的机械控制生物催化系统，该系统被纳入水凝胶中，以在材料尺度上调节其机械性能。

文章要点

1）该生物催化系统由蛋白酶凝血酶及其抑制剂水蛭素组成，它们经过基因工程改造并与水凝胶网络共价偶联。

2）凝血酶的催化活性通过水凝胶的拉伸可逆地开启，这破坏了两个实体之间的非共价抑制相互作用。

3）在循环拉伸载荷下，当存在被凝血酶激活后可以自组装形成新网络的基质或当可裂解的肽交联剂是原始网络的组成成分时，水凝胶分别表现出自硬化或自软化特性。此外，还演示了双层水凝胶的编程，以在机械刺激下表现出定制的形状变形行为。

4）所开发的系统为机械控制的可逆生物催化过程提供了概念证明，展示了它们调节水凝胶的潜力，并提出了机械调节软功能材料的生物大分子策略。

参考文献

Zhang, K., Zhou, Y., Zhang, J. et al. Shape morphing of hydrogels by harnessing enzyme enabled mechanoresponse. Nat Commun 15, 249 (2024).

DOI：10.1038/s41467-023-44607-y

https://doi.org/10.1038/s41467-023-44607-y