近日，我院高辉教授/李晓晖副教授团队在国际顶尖期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials, IF: 18.5）上发表了题为“Pure Zwitterionic Hydrogel with Mechanical Robustness and Dynamic Tunability Enabled by Synergistic Non-Covalent Interactions”的重要研究成果（Xiaohui Li, Yu Wu, Mengdi Wu, Jiawei Gao, Yan Zhang, Yongjun Zhang, Tengling Wu, Hui Gao*, Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.20240959）。Advanced Functional Materials是材料科学领域最具影响力的综合性期刊之一，为中科院TOP期刊。
两性离子水凝胶因其优异的抗污染性能和生物相容性在生物医学领域备受青睐。然而，在单一凝胶网络结构中同时实现高含水量和优异力学性能一直是一项重大挑战。传统的化学交联往往导致水凝胶变脆且易发生不可逆损坏，而与非两性离子单体共聚则可能降低水凝胶的防污性和生物相容性。为解决这一挑战，研究团队创新性的设计并合成了一种新型的含酰胺基脲基团的两性离子单体（ACBMA）。通过一步光固化过程，无需额外交联剂，成功制备出纯两性离子pACBMA水凝胶。
该水凝胶不仅保持了高含水量（超过95%），还展现出卓越的机械性能（压缩断裂应力达3.9 MPa）。利用独特的分子结构设计，pACBMA水凝胶有效地整合了多种非共价相互作用，包括氢键作用、静电作用、分子链缠结作用和α-甲基的空间位阻效应。进一步利用非共价相互作用的动态特性，开发了具有动态可调性的微凝胶体系。pACBMA水凝胶具有良好的生物相容性，适用于药物递送、细胞保护和3D打印等多种生物医学应用。该研究成果不仅为两性离子水凝胶的设计和应用提供了新的思路，还为未来高性能生物材料的开发奠定了基础。
图1 具有优异机械性能和动态可调型的单网络纯两性离子pACBMA水凝胶构建示意图。
该论文第一作者为天津工业大学李晓晖副教授，通讯作者为天津工业大学高辉教授。天津工业大学为唯一完成单位。本研究得到了国家自然科学基金、天津市自然科学基金重点项目以及国家重点研发计划项目的资助。本工作感谢康奈尔大学江绍毅教授提供的建议，硕士生吴宇对实验工作的协助，同时对天津工业大学分析测试中心、天津大学材料科学与工程学院和化工学院在分析测试方面提供的大力支持表示衷心感谢！
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202409594
供稿人：李晓晖 审稿人：张亚彬