生物体能够随捕食、避险等生命活动或环境改变而灵活变化形状。近30年间，人们发展出双层、梯度、取向、宏观组装等策略，设计了众多不对称刺激响应性水凝胶，模仿自然界生物的复杂精妙变形，理解变形机制。这些水凝胶的不同部位或方向在pH、电、光、磁场、温度、湿度、流体压力等刺激下产生显著的溶胀程度或力学性质差异，形成内应力，驱动整体折叠、弯曲、扭转、隆起、起皱。然而，这些非均相构筑结构是在材料制备过程中产生的，被成型水凝胶的高分子网络所固定。因此，其变形所能实现的形状有限，难以灵活更改。使已成型的各向同性水凝胶获得可重构的各向异性，进而，按照重新编辑的程序变形，对制备可重新设置动作程序的智能软体驱动器有重要意义。

              图1. 海洋变形虫启发的水凝胶各向异性配置方法。

近日，宁波工程学院新能源学院高国荣副教授与中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室智能高分子材料团队陈涛研究员、魏俊杰副研究员和谷金翠副研究员合作，受变形虫灵活改变形态以适应海水盐度变化的启发（图1a），发展了一种将盐溶液图案化地渗入水凝胶以重构其各向异性，更改其变形程序的新策略。

研究人员首先合成了分子网络上带有相同化学计量数COO^‒和N⁺(CH₃)₃侧基的聚两性电解质水凝胶，并使COO^‒/N⁺(CH₃)₃通过静电吸引相结合（图1b, c）。水凝胶在HCl/NaCl溶液中溶胀，因为COO^‒质子化成了COOH，剩余的N⁺(CH₃)₃之间产生静电排斥（图1d）。再转移到水中，水凝胶再次溶胀，然后自发去溶胀，恢复初始尺寸。再溶胀是聚电解质行为（图1e），由渗透压驱动，如同变形虫从高盐度海水过渡到淡水中的吸水溶胀；去溶胀是反聚电解质行为，随着可移动离子往外透析，水凝胶内部pH值上升，COOH转变成COO^‒并与N⁺(CH₃)₃重新吸引，牵引聚合物网络收缩，而逐步进行（图1f）。基于此溶胀-再溶胀-去溶胀机制，图案化地吸收HCl/NaCl溶液的聚两性电解质水凝胶因整体不对称溶胀而变形，进入水中后，它首先随图案区域再溶胀而增大变形幅度，接着随去溶胀而恢复原始形状和各向同性，从而，可以按照新图案重新变形（图1g）。

这项工作揭示了聚两性电解质水凝胶溶胀-再溶胀-去溶胀的静电/渗透压协同作用机制，发展了一种重构水凝胶各向异性的方法。该方法适用于研究软材料可控变形的基础问题，制备可程序化设置动作的软体自驱动器。

该工作以“Marine Amoebae-Inspired Salting Hydrogels to Reconfigure Anisotropy for Reprogrammable Shape Morphing”为题，宁波工程学院为第一单位，发表在期刊Angewandte Chemie International Edition上（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202416672，DOI: 10.1002/anie.202416672）。本研究得到了宁波工程学院科研启动经费（2190011540006）等资助。