水凝胶由于其良好的韧性，光学透明性和高导电性而成为可穿戴设备，柔性电极，伤口敷药和药物递送的理想材料。然而，当温度低于水凝固点（0℃）时，大多数由亲水聚合物组成的水凝胶不可避免地被冻结，变得脆弱并失去其原始弹性。因此，迫切需要开发可在宽温度范围内工作的防冻水凝胶（问题一）。此外，纤维素中丰富的羟基能够促进水凝胶的形成。但是，由于坚硬的分子链和高延伸的氢键结构，纤维素难以溶解在普通溶剂中（问题二）。因此，制备纤维素水凝胶的主要挑战是缺乏合适的溶解系统。

在自然界中，许多生物可以忍受寒冷的环境。例如，彩虹香鱼和巨型青蛙已经进化出通过在体内产生盐或醇来抵御极端寒冷的生存手段（强悍的自然进化进制！彩虹香鱼好不好吃哈哈哈~）。特殊的冷冻耐受性来自高浓度化合物的依数性质，它抑制细胞中冰晶的产生，这种冰点降低现象也是导致海水（盐水混合物）在零下温度下保持液态的原因。

受自然界中发现的防冻机制的启发，南京林业大学Jianfeng Yao和Ming He团队结合了离子化合物和绿色（ZnCl₂/ CaCl₂）溶解系统的依数性质，成功制备出的纤维素水凝胶具有特定的功能，如优异的耐冻性，良好的离子传导性和优异的热可逆性。其中，棉纤维素通过特殊设计的ZnCl₂/ CaCl₂系统溶解，无机盐的存在可以抑制水凝胶组分的冰结晶，此外，通过添加额外的水或甘油可以加快纤维素的凝固速度。非共价氢键交联和可逆金属离子-纤维素配位赋予水凝胶有趣的离子传导性，显著的可重塑性和良好的力学性能。这种新型纤维素基水凝胶有望在低至零下70℃的温度下构建柔性设备。

Xiong-Fei Zhang, Xiaofeng Ma, Ting Hou, Kechun Guo, Jiayu Yin, Zhongguo Wang, Lian Shu, Ming He, Jianfeng Yao, Inorganic salt induced thermal reversible and anti‐freezing cellulose hydrogels. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201902578

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201902578