中国研发‘类生命’水凝胶：光照变形，可编程形态进化

中国研发‘类生命’水凝胶：光照变形，可编程形... — Analysis

据南华早报10月6日报道，中国科学院深圳先进技术研究院的研究团队成功研制出一种具有“类生命”特性的形状记忆水凝胶。这种名为STERS的材料通过光触发液态金属颗粒，产生缓慢自持的化学反应，使水凝胶在数分钟至数周内完成形态演变。论文于9月4日发表在同行评议期刊《Matter》上，标志着智能生物材料领域的重要突破。

突破性水凝胶技术：STERS系统

传统水凝胶通常是静态的，无法根据环境变化自主调整形状。然而，受生物组织动态生长机制的启发，中国科研团队创造性地引入镓基液态金属颗粒，构建了光触发自持瞬态反应系统（STERS）。该系统的核心在于液态金属颗粒能在光照下持续释放离子，催化周围聚合物网络的缓慢重组。研究人员杜学敏表示：“这种设计让水凝胶具备了类似生命体的可编程形态进化能力，从微观到宏观尺度，从几分钟到几周，单次或多次变形循环均可实现。”

工作原理：光与液态金属的协同

STERS系统的工作原理分为三步：第一，紫外光激活水凝胶中的镓基液态金属微滴；第二，液态金属释放镓离子，引发乙烯基单体聚合；第三，聚合反应改变水凝胶内部交联密度，使其体积膨胀或收缩，从而完成形变。整个过程不需要外部模板或机械驱动，仅依赖化学能梯度。研究团队指出，通过调节光照强度和时间，可以精确控制变形速度和幅度。实验显示，水凝胶可在10分钟内完成从扁平到三维折纸结构的转变，且变形后能保持稳定超过48小时。

与传统水凝胶的性能对比

为更直观地显示STERS的优势，以下表格对比了传统水凝胶与新型类生命水凝胶的关键特性：

从上表可见，STERS在动态响应能力、尺度覆盖和生物相容性上均实现了跨越式提升。

应用前景：脑机接口与软体机器人

这项技术的直接应用方向包括脑机接口（BCI）和软体机器人。传统脑机接口的刚性电极往往导致组织损伤，而STERS水凝胶能够随时间逐渐适应神经组织的生长，形成柔性、非侵入式的连接。此外，在软体机器人领域，该水凝胶可作为人工肌肉的本体，通过光照触发弯曲、抓取等动作，且无需笨重的气动泵或电机。据法新社报道，多国研究人员正关注这一进展，认为它可能颠覆现有可穿戴设备的设计范式。

再生医学与组织工程潜力

再生医学是STERS技术另一个极具想象力的领域。研究团队证明，这种水凝胶可作为三维支架，引导干细胞定向分化和组织再生。由于其形变能力与活体组织生长同步，未来或可植入体内时以紧凑形态进入，随后在体内光照刺激下展开成所需结构，减少手术创伤。实验数据表明，在模拟人体环境中，水凝胶支架的细胞存活率达到92%以上，且降解产物无毒。

研究团队与未来展望

该项目由中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏研究员领衔，团队历时三年完成从原理验证到动物实验的全部工作。杜学敏表示：“下一阶段我们将聚焦于提升材料的多次循环稳定性，并探索近红外光触发，以实现更深层组织的调控。” 路透社援引专家评论称，该材料如果实现商业化，可能在5至10年内进入临床试验。但是，从实验室到实际应用仍需解决规模化生产和长期生物安全性问题。

常见问题解答

Q1: STERS水凝胶是否已经过人体测试？

A1: 目前仅在体外和动物模型上完成验证，尚未进入人体临床试验。研究团队表示，正在推进更大规模的毒理学和功效评估，预计3年内启动临床前研究。

Q2: 这种水凝胶需要持续光照才能维持形状吗？

A2: 不需要。STERS系统的化学自持反应在光照触发后即可自行推进，形变完成后即使撤去光源，水凝胶也能保持新形态，表现出“记忆效应”。

总而言之，类生命水凝胶STERS的诞生，为智能材料领域注入了全新可能。从脑机接口到软体机器人，从组织工程到再生医学，这项由中国科学家主导的技术，正在模糊合成材料与活体组织之间的界限，为未来精准医疗和人机融合奠定关键基础。

Market Overview

中国科学家开发出类生命水凝胶STERS，利用光触发液态金属实现形状记忆与活组织共生长。面向脑机接口、软体机器人及再生医学，最新研究发表于Matter期刊。