由于具有類生命體的軟、濕特性，通過(guò)化學(xué)修飾、功能(néng)複合、特異性結構設計等策略，刺激響應型高分子水凝膠是一類重要的智能(néng)材料，在藥物控釋、光學(xué)器件、智能(néng)表面(miàn)、柔性傳感與驅動等領域都(dōu)展現出了巨大的應用潛力。在外部環境如光、熱、磁、電、pH、化學(xué)物質等的刺激下，高分子水凝膠會産生相應的形、性變化。自然界中的生物體進(jìn)一步爲智能(néng)材料的設計提供了豐富的靈感，例如，捕蠅草對(duì)于飛蟲的觸碰刺激可以快速形成(chéng)電信号響應，從而驅動捕蟲夾的閉合。這(zhè)種(zhǒng)觸摸型刺激方式有助于啓發(fā)新型仿生智能(néng)材料的設計。中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所智能(néng)高分子材料團隊陳濤研究員常年緻力于功能(néng)與智能(néng)高分子水凝膠的研究工作。近期，受捕蠅草對(duì)飛蟲的觸碰刺激響應啓發(fā)，該團隊利用過(guò)飽和鹽溶液的亞穩定性，開(kāi)發(fā)了一種(zhǒng)對(duì)觸碰刺激具有多功能(néng)響應的新型智能(néng)高分子水凝膠，探索了其在智能(néng)軟體驅動器上的驅動感知一體化應用。

　　該工作通過(guò)在傳統水凝膠中引入過(guò)飽和的鹽溶液，制備了具有過(guò)飽和結晶相變行爲的亞穩态智能(néng)高分子水凝膠材料。過(guò)飽和鹽溶液在均相成(chéng)核中具有較高的成(chéng)核能(néng)壘，因此該水凝膠中的相變組分在無外界擾動的情況下會以亞穩态的過(guò)飽和鹽溶液形式存在高分子網絡框架中。而當有外物接觸該水凝膠時，接觸物可以爲過(guò)飽和鹽溶液提供異相成(chéng)核的接觸面(miàn)，使過(guò)飽和鹽溶液能(néng)通過(guò)成(chéng)核能(néng)壘更低的異相成(chéng)核途徑輕易形成(chéng)晶核，從而快速引發(fā)結晶，實現觸碰刺激結晶響應。此外，這(zhè)種(zhǒng)觸碰響應結晶後(hòu)的高分子水凝膠可以通過(guò)加熱-冷卻過(guò)程恢複過(guò)飽和狀态，實現智能(néng)高分子水凝膠的“重生”。過(guò)飽和是使高分子水凝膠具有結晶行爲的基礎，因此，在水凝膠中的局部位置添加水溶液可以實現過(guò)飽和鹽溶液在水凝膠中的區域化分布，最終實現智能(néng)高分子水凝膠在觸碰刺激下的圖案化結晶，在智能(néng)信息平台的觸碰響應加密-解密領域展現出了一定的應用潛力。

　　過(guò)飽和鹽溶液的結晶過(guò)程伴随著(zhe)明顯的放熱現象，因此除了觸碰刺激-結晶響應外，該智能(néng)水凝膠同時具有觸碰刺激-放熱響應和觸碰刺激-電信号響應行爲。利用這(zhè)種(zhǒng)觸碰刺激-放熱響應性質，該工作仿造捕蠅草的“觸碰刺激-電信号-驅動信号”的級聯響應機制成(chéng)功設計了一種(zhǒng)基于“觸碰刺激-熱信号-驅動信号”的級聯響應模式，最終實現智能(néng)高分子水凝膠軟驅動器的觸碰刺激-驅動響應。有趣的是，智能(néng)高分子水凝膠的觸碰刺激-電信号響應行爲賦予了該智能(néng)軟驅動器額外的觸碰感知功能(néng)，實現了該智能(néng)軟驅動器的感知驅動一體化功能(néng)集成(chéng)，爲下一代智能(néng)軟體機器人的研究提供了新的思路。

　　該工作以題爲“Touch-Responsive Hydrogel for Biomimetic Flytrap-Like Soft Actuator”發(fā)表在Nano-Micro Letters, 2022, 14, 182上。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52103152）、中國(guó)博士後(hòu)科學(xué)基金（2021M690157）、甯波市自然科學(xué)基金（2121J206）等項目的支持。

仿生觸碰響應智能(néng)水凝膠

　　（智能(néng)高分子材料團隊 魏俊傑）