酶响应自硬化水凝胶

拉伸即硬化

通过机械力可逆开关的凝血酶催化系统，水凝胶在拉伸下按需自硬化或自软化，实现力学性能的动态调控。

Kuan, Zhang · Yu, Zhou · Zhang, Junsheng · Qing, Liu · Christina, Hanenberg · Mourran, Ahmed · Xin, Wang · Xiang, Gao · 曹毅 · Herrmann, Andreas · Zheng, Lifei

Nature Communications 2024

技术优势

拉伸直接调控模量

机械拉伸破坏凝血酶-水蛭素之间的非共价抑制，激活酶的催化功能，从而改变网络结构。

双向可逆的反应

在循环拉伸下，水凝胶既能自硬化（酶促生成新网络），也能自软化（酶切断原有交联），取决于底物或可裂解交联剂。

程序化形变可设计

将不同响应的水凝胶层组合成双层结构，在机械刺激下实现定制化的形状变化。

应用场景

• 组织工程支架：支架模量可按机械载荷自适应调节，匹配组织力学环境。
• 软体机器人：机械驱动下局部变硬或变软，实现抓取与运动功能。
• 刺激响应材料：以拉伸为开关，无需化学或热刺激即可改变材料性能。
• 自适应材料：通过酶催化重塑网络，按需调整材料的机械响应。