水凝膠被設計用于對許多不同的刺激做出反應，在組織工程和軟機器人領域有著廣泛的應用。然而，具有機械響應性的聚合物網絡，特別是那些表現出按需自硬化和自軟化行為的聚合物網絡，卻很少有報道。
在這里，中國科學院大學溫州研究院Lifei Zheng，德國萊布尼茨互動材料研究所Andreas Herrmann設計了一種分子水平上的機械控制生物催化系統，該系統被納入水凝膠中，以在材料尺度上調節其機械性能。
文章要點
1）該生物催化系統由蛋白酶凝血酶及其抑制劑水蛭素組成，它們經過基因工程改造并與水凝膠網絡共價偶聯。
2）凝血酶的催化活性通過水凝膠的拉伸可逆地開啟，這破壞了兩個實體之間的非共價抑制相互作用。
3）在循環拉伸載荷下，當存在被凝血酶激活后可以自組裝形成新網絡的基質或當可裂解的肽交聯劑是原始網絡的組成成分時，水凝膠分別表現出自硬化或自軟化特性。此外，還演示了雙層水凝膠的編程，以在機械刺激下表現出定制的形狀變形行為。
4）所開發的系統為機械控制的可逆生物催化過程提供了概念證明，展示了它們調節水凝膠的潛力，并提出了機械調節軟功能材料的生物大分子策略。
參考文獻
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
