《Nature》10月水凝胶顶刊汇总：老材料、新方法、新应用！

金秋10月，收获的季节，同样也迎来了水凝胶的收获月。据不完全统计，10月份发表在Nature子刊的水凝胶文献至少10篇+。

作为科研人员，能够Nature及其子刊上发表论文一直是我辈孜孜以求的目标（大佬请略过~）。

那么问题来了，什么样子的水凝胶研究才可以发表在Nature上呢？结合本期精心挑选的10篇水凝胶子刊，我们总结了两点普遍性因素：

①卓越的原创性和创新性。水凝胶是一个多功能性的材料，但其真正潜力可能尚未被完全揭示。因此，突破传统思维，提出独特的理念，并在水凝胶领域做出前所未有的贡献至关重要，可以是新型的水凝胶合成方法，也可以是全新的应用领域或者对已有水凝胶性质的深刻理解。

e.g. 文献1和9的PAM、文献7的PVA

②多学科技术、理论交叉互融。从生物医学到能源、环境和纳米技术等多个领域，水凝胶的跨界、跨学科研究至关重要，不同领域之间的技术表征和实验方法也都是可以相互借鉴的。

e.g. 文献3（水凝胶与外周神经实现光遗传止痛）、文献6（压电水凝胶复合材料治疗骨关节炎）

本期EFL集中整理了10篇水凝胶相关的子刊文献，让我们一起来看看10月份发表在子刊上的文献都做了哪些工作！

文献1：纳米限域聚合限制无滞后凝胶中的裂纹扩展

Nature Materials (IF 41.2) Pub Date:2023-10-26

主要内容：连续的机械加载循环会导致凝胶产生不可逆的疲劳损伤和残余应变，影响其使用寿命和应用范围。已经通过各种策略创建了有限变形范围内的无滞后水凝胶。然而，大变形和高弹性本质上是矛盾的属性。为此，该研究提出了一种纳米限域聚合策略（NCP），用于在大变形范围内制备坚韧且接近零滞后的凝胶。凝胶是在共价有机框架或分子筛的纳米通道内通过原位聚合制备的。纳米通道的限制和与聚合物链段的强氢键相互作用对于实现快速自我增强至关重要。刚性纳米结构缓解了裂纹尖端的应力集中并防止裂纹扩展，提高了凝胶的极限断裂应变、韧性和裂纹扩展应变。这种方法为合成凝胶提供了一种通用策略，克服了大变形和高弹性之间的传统权衡。

https://doi.org/10.1038/s41563-023-01697-9

文献2：色氨酸拉链肽分层组装成应力松弛生物活性水凝胶

Nature Communications (IF 16.6) Pub Date: 2023-10-23

主要内容：自然界中的软材料是通过生物聚合物可逆超分子组装成动态分层网络而形成的。然而，重建自然系统固有的动态功能特性仍然具有挑战性。本文报告了基于色氨酸拉链（trpzip）基序的短肽的发现，它显示了导致出现动态特性的多尺度层次排序。Trpzip 水凝胶具有抗菌和自愈功能，具有可调的粘弹性和独特的屈服应力特性，只需轻轻一抖手腕即可立即收获嵌入的细胞。这一特性使得Trpzip水凝胶适合注射器挤出，并通过细胞输送和生物打印的例子证明了这一点。此外，Trpzip水凝胶显示出固有的生物活性，允许具有顶端-基底极化的人类肠道类器官的繁殖。

https://doi.org/10.1038/s41467-023-41907-1

文献3：抗疲劳可拉伸水凝胶在外周神经实现光遗传止痛

Nature Methods (IF 48.0) Pub Date: 2023-10-19

主要内容：水凝胶是一种含水的聚合物网络。这种材料具有较高的光学透明性和可调节的力学性能，可以作为潜在的光纤材料。本文通过控制内部的聚乙烯醇（PVA）纳米结晶生长，优化PVA水凝胶的光学和力学性质，开发了一种柔软、可反复拉伸的水凝胶光纤。如果将这种柔性光纤植入体内，不仅能够有效的把光信号传输到运动情况复杂的外周神经，同时并不影响实验动物持续的正常运动。在实验动物正常自然行为学的状态下，通过光遗传学实现了对外周神经刺激和抑制。

http://doi.org/10.1038/s41592-023-02020-9

文献4：无需外力的自动水下粘附材料

Nature Communications (IF 16.6) Pub Date: 2023-10-17

主要内容：实现无需外力的水下自动粘附对水下工程领域的拓展具有重要意义。本文制备了一种基于水诱导界面相互作用重排的自动水下粘附（AUA）材料，并对其粘附过程和机制进行了挖掘。在疏水咪唑离子液体中，利用光引发将疏水单体（甲基丙烯酸苄酯）和亲水单体（甲基丙烯酸羟乙酯）集成在聚合物网络中。粘附过程完全是自发的，没有任何外来的压力。基于实验表征和分子动力学模拟的综合研究证实，这种自主粘附过程是由水诱导的官能团重排驱动的。

https://doi.org/10.1038/s41467-023-42209-2

文献5：可拉伸表面肌电图电极阵列贴片用于肌腱定位和预防肌肉损伤

Nature Communications (IF 16.6)Pub Date : 2023-10-14

主要内容：表面肌电图（sEMG）可提供有关肌肉性能的多重信息。该研究利用单宁酸、聚乙烯醇和 PEDOT:PSS (TPP) 设计了一种粘性干电极，从而解决了这些限制因素。与目前的电极相比，TPP 电极具有出色的伸展性（约 200%）和粘附性（0.58 N/cm），可确保与皮肤的长期稳定接触以进行记录（>20 dB；>5 天）。此外，本研究还开发了一种由液态金属（LM）电路和 TPP 电极组成的金属聚合物电极阵列贴片（MEAP）。与商用阵列相比，金属聚合物电极阵列贴片具有更好的适配性，因此在肌肉运动过程中可获得更高的信噪比和更稳定的记录。

https://doi.org/10.1038/s41467-023-42149-x

文献6：用于骨关节炎治疗的可注射且可生物降解的压电水凝胶

Nature Communications (IF 16.6) Pub Date: 2023-10-06

主要内容：压电材料具有在关节载荷或超声声压等机械应力作用下自产电的能力。基于此，该研究制备了一种可注射、可生物降解的压电水凝胶，它由嵌入胶原基质中的电纺聚左旋乳酸纳米短纤维制成，可注射到关节中，并在超声激活下自我产生局部电刺激，以驱动软骨愈合。它具有以下优势：（1）通过微创过程注入体内，从而避免植入手术；（2）在US的激活下，自我产生电刺激，促进软骨和其他组织的潜在愈合；（3）最终降解为安全的降解副产品，从而避免侵入性切除手术和对身体的任何伤害。

https://doi.org/10.1038/s41467-023-41594-y

文献7：水凝胶贴片用于心脏机械生理监测和电耦合治疗

Nature Communications (IF 16.6) Pub Date:2023-10-06

主要内容：随着组织工程和生物电子学的进步，允许保形组织整合、在线精确诊断和同时组织再生的柔性电子水凝胶有望成为治疗心肌梗死的下一代平台。本文报道了一种基于功能化聚苯胺的时序性粘合水凝胶贴剂(CAHP),它实现了时空选择性和共形的与潮湿和动态心外膜表面的嵌入整合。在生理环境中，f-PANi中的硼酸和羧基侧链自发地与聚乙烯醇(PVA)形成动态共价硼酸酯键和非共价氢键，诱导原位形成CAHP，而无需额外的刺激。CAHP具有高粘附韧性、快速自愈能力和增强的电化学性能，有助于对心脏机械生理学介导的微变形的灵敏感知，并同时改善心肌纤维化诱导的电生理学。灵活的CAHP平台可在线监测梗死心肌的舒张-收缩幅度和节律，同时通过电耦合治疗有效抑制心室重塑、促进血管再生和改善电生理功能。

https://doi.org/10.1038/s41467-023-42008-9

文献8：基于水凝胶的分子张力荧光显微镜用于研究受体介导的刚性传感

Nature Methods (IF 48.0) Pub Date: 2023-10-05

主要内容：细胞外基质(ECM)刚性是影响多种生物过程的关键机械线索。然而，对刚性传感的分子机制的理解受到当前细胞力测量技术的空间分辨率和力灵敏度的限制。本文开发了一种以可控且可靠的方式在软水凝胶表面上功能化DNA张力探针的方法，使分子张力荧光显微镜能够用于刚性传感研究。研究结果表明，成纤维细胞通过招募更多的受力整合素和调节ECM的整合素采样频率来响应基底刚性，而不是简单地使现有的整合素-配体键超载，以促进粘着斑成熟。ECM刚性正向调节T细胞受体-配体键的pN力和T细胞受体机械采样频率，促进T细胞活化。因此，在标准共焦显微镜上实施的基于水凝胶的分子张力荧光显微镜提供了一种简单有效的方法来探索刚性依赖性生物过程的详细分子力信息。

https://doi.org/10.1038/s41592-023-02037-0

文献9：具有高曲折互连蜂窝结构的高度可压缩和环境适应性导体

Nature Synthesis (新刊，预测 IF 20 左右)Pub Date:2022-10-03

主要内容：具有高弹性、抗疲劳和环境适应性的导电水凝胶是可穿戴电子学、生物电子学和软机器人领域的有前途的材料。然而，这些材料的开发具有挑战性，特别是在包括有机溶剂和极端温度在内的恶劣环境中使用。本文报告了一种简单的方法，用于通过自组装和两阶段原位聚合过程制造具有增强混凝土型成分和高曲折度互连蜂窝结构的高度可压缩和抗疲劳的导电水凝胶。由于结构有利的对拉伸变形的各向异性响应与弹性恢复相结合，水凝胶具有传感尺寸，可以区分传感器表面的运动方向和速度。此外，通过与亲油聚合物网络的互穿，开发了高弹性和自适应的有机水凝胶，在各种有机溶剂和低温下具有出色的传感性能。因此，这些材料可能适用于恶劣环境中的柔性和可穿戴设备。

https://doi.org/10.1038/s44160-022-00167-5

文献10：可注射、可生物降解两性离子凝胶

Nature Biomedical Engineering (IF 28.1) Pub Date: 2023-10-2

主要内容：连续皮下胰岛素输注（CSII）是治疗糖尿病的重要胰岛素替代疗法。该研究使用一种可生物降解的两性离子乳膏凝胶材料来覆盖商用CSII导管的尖端能够有效解决早期的皮肤刺激问题，延长导管的使用寿命，提高胰岛素的吸收速度。植入的凝胶材料具有抗炎和抗异物反应的特性，同时促进了局部新血管的形成。这一方法是在导管尖端插入皮下之前进行皮下注射，可用于改善CSII导管以及其他可植入设备的性能。

https://doi.org/10.1038/s41551-023-01108-z

来源：高分子凝胶与网