水凝膠已被設(shè)計(jì)成對許多不同的刺激作出反應(yīng)，在組織工程和軟機(jī)器人學(xué)中有廣泛的應(yīng)用。然而，具有機(jī)械響應(yīng)性的聚合物網(wǎng)絡(luò)，尤其是那些表現(xiàn)出按需自硬化和自軟化行為的聚合物網(wǎng)絡(luò)，卻鮮有報(bào)道。
溫州研究院Lifei Zheng和亞琛應(yīng)用科技大學(xué)Andreas Herrmann等在分子水平上設(shè)計(jì)了一個機(jī)械控制的生物催化系統(tǒng)，該系統(tǒng)被整合到水凝膠中，以在材料尺度上調(diào)節(jié)它們的機(jī)械性能。
本文要點(diǎn)：
（1）
生物催化系統(tǒng)由蛋白酶凝血酶及其抑制劑水蛭素組成，它們經(jīng)過基因工程改造，共價(jià)連接到水凝膠網(wǎng)絡(luò)上。凝血酶的催化活性通過水凝膠的拉伸可逆地打開，這破壞了兩個實(shí)體之間的非共價(jià)抑制相互作用。在循環(huán)拉伸載荷下，當(dāng)?shù)孜锎嬖跁r(shí)，水凝膠表現(xiàn)出自硬化或自軟化特性，所述底物在被凝血酶活化后可以自組裝形成新的網(wǎng)絡(luò)，或者當(dāng)可裂解的肽交聯(lián)劑分別是原始網(wǎng)絡(luò)的組成成分時(shí)。此外，作者證明了雙層水凝膠的編程，以顯示在機(jī)械刺激下定制的形狀變形行為。
（2）
作者開發(fā)的系統(tǒng)為機(jī)械控制的可逆生物催化過程提供了概念證明，展示了它們調(diào)節(jié)水凝膠的潛力，并為機(jī)械調(diào)節(jié)的軟功能材料提出了生物大分子策略。
參考文獻(xiàn):
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
