文章核心观点 - 文章系统梳理了2025年1月至9月发表在Nature、Science等顶级期刊上的水凝胶领域突破性研究成果 涵盖材料性能创新、生物医学应用及工业技术转化等多个方向 [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19] - 水凝胶材料在极端环境适应性（如超宽温域、水下黏附）、力学性能（如强度、韧性）及功能化（如导电性、生物相容性）方面取得显著进展 多项性能指标超越传统材料极限 [2][3][5][6][9][10][12][15][17] - 生物医学应用成为重点方向 包括伤口修复、抗肿瘤免疫治疗、组织工程和药物递送等 部分研究已通过动物实验验证临床转化潜力 [3][4][5][7][13][17][18][19] - 多学科交叉推动创新 如光热触发凝胶化、金属配位策略、深共晶溶剂设计等 为能源、环境和建筑等领域提供新材料解决方案 [3][5][6][8][12][14][16] 材料性能突破 - 开发出具有卓越黏着性能的水凝胶 可牢固黏附无机材料、塑胶和金属 在淡水或海水环境下保持稳定黏性 且经小鼠实验证实生物相容性 [2] - 制备出-115℃至143℃极端温度耐受水凝胶 在-100℃下断裂伸长率达300% 140℃下达400% 极大拓宽应用温域 [2] - 共晶凝胶机械性能卓越 杨氏模量103.1 MPa、强度40.5 MPa、韧性86.8 MJ m⁻³、断裂能98.7 kJ m⁻² 并具备-80℃抗冻性和长期稳定性 [5] - 各向同性水凝胶展现超高力学性能：拉伸强度53.0 MPa、断裂应变1374%、韧性315.7 MJ m⁻³ 水下性能稳定且可导电 [9] - 微球增强纳米复合水凝胶性能超越现有高强度水凝胶：拉伸强度3.3 MPa、杨氏模量120 MPa、断裂韧性1500 J m⁻²、弹道能量吸收能力1.5 kJ m⁻¹ [10] - 深共晶凝胶在-100℃下保持高拉伸性（断裂伸长率1080%）和强韧性（韧性10.8 MJ cm⁻³） 适用于抗冲击和减振领域 [12] - 超拉伸磷光水凝胶具有21000%单轴拉伸性和10000%双轴拉伸性 磷光寿命达1.1秒 [15] 生物医学应用 - 手性多肽水凝胶通过调节免疫微环境诱导抗肿瘤免疫反应 可用作加载抗原和佐剂的癌症疫苗 [3] - 生长因子动态相位自适应水凝胶实现耐药菌感染慢性创面的高效修复 并显著抑制瘢痕形成 [4] - "热电池"敷料利用伤口-环境温差产生毫伏级电场 原位加速细胞迁移与血管新生 实现无外部电源促愈合 [5] - 可注射水凝胶有效预防术后心脏粘连 在原发性及重复损伤模型中显著降低粘连发生率和严重程度 [12] - 颗粒状水凝胶支架支持生物打印和细胞渗透 实现机械强度与生物相容性的平衡 [13] - 活性氧响应型水凝胶联合递送二甲双胍-锶离子-NO气体 通过抗炎和血管生成能力重建微环境稳态 [17] - siRNA智能响应水凝胶通过调控ROS和MMP-9表达 加速慢性糖尿病伤口愈合 [18] - 机械调节水凝胶通过程序化免疫和力学调节 促进伤口愈合并减少瘢痕增生 [18] 工业与能源技术 - 纳米纤维交织凝胶膜突破CO₂分离性能瓶颈：CO₂渗透性能2110 GPU、CO₂/N₂选择性151、CO₂/CH₄选择性47 远超传统凝胶膜 [3] - 水凝胶-水泥双相沉积材料容重仅800kg/m³ 比强度提升2.4倍 综合排放量降低49% 首次实现无纤维增强下的应变硬化 [7] - 深共晶凝胶电解质基固态锂电池通过氟化分子设计稳定锂金属负极界面 提升电池寿命 [14] - 防冻压电离子水凝胶在-90℃保持柔性与高电输出性能 凝胶化时间仅需数十秒 [17] 创新策略与方法 - 光响应蛋白质水凝胶可承受12次光循环 并调控哺乳动物细胞信号通路 为光遗传学提供新工具 [6] - 光耦合策略实现水凝胶秒级聚合 拉伸强度提高20倍、韧性提高70倍 [6] - 肽基纳米棒增韧策略通过共价结合刚性纳米棒 显著提升水凝胶力学性能并保留生物相容性 [5] - 冰模板技术构建环向纤维结构水凝胶 展现优异拉伸和压缩性能 [19] - 反离子调控金属配位策略实现水凝胶多功能化：拉伸强度0.52 MPa、传感范围300%、响应时间114 ms、-20℃抗冻性 [17]