2023 年 4 月 8 日，biwn必赢海洋研究发展中心王志奎教授（校聘）团队在Chemical Engineering Journal（工程技术/化学/环境类1区Top，河北农业大学A1类期刊）在线发表了题为“A spatiotemporal controllable crosslinking route for preparing tough tissue-like anisotropic PVA hydrogel”的研究论文。

该研究基于硼酸酯键动态交联的特性，提出时空可控交联的概念，实现了高强度聚乙烯醇（PVA）水凝胶仿组织复杂结构的制备。通过该方法可以实现PVA水凝胶内分子链段高度的各向异性空间排布以及凝胶模块的定制化组装，不仅将柔软的水凝胶材料的拉伸强度提高到兆帕级，还实现了水凝胶各种宏观仿生结构的构建，文章展示了仿肌肉纤维、仿心肌多层组织、仿血管组织等水凝胶构件以及它们优越的机械性能和生物相容性，在组织工程、生物医用器件、抗污抗菌涂层等领域具有广泛的应用前景。

生物组织独特优异的机械性能与其微观各向异性和宏观多级复杂结构密不可分。生命过程可以自下而上的进行精准合成，但人工合成却很难做到这一点，这使合成材料的许多性能难以达到生物组织的水平，因此结构仿生就成了材料工程研究领域中的一个重要方向。PVA水凝胶广泛应用于医用材料、功能器件等领域。为了使PVA水凝胶能够达到与生物组织相近的机械性能，许多研究工作者致力于实现PVA水凝胶的各向异性结构并已取得了一些成果。但是大多数研究工作仅局限于凝胶内部亚微观尺度上的有序性，难以有效实现分子链段的有序排布，机械性能提升效果有限。另外传统的PVA水凝胶在合成过程中一旦交联就很难进行重塑，使合成水凝胶具有类似生物组织的多级结构是一个非常有挑战性的课题。

针对上述难题，本项工作提出利用硼酸酯键的动态可逆性实现PVA水凝胶时空可控交联，使PVA聚合物网络结构能够在外力作用下实现重构和组装。研究过程中充分利用硼酸酯键的特性，并与传统凝胶制备方法相结合，解决了聚合物链快速回缩、聚合物网络结构的快速固化失控、硼酯键对水敏感硼酸的移除等一系列难题。

Figure 1. Preparation of Anisotropic PVA hydrogel (APH).

拉伸强度实验表明本方法合成的各向异性化水凝胶和传统冻融水凝胶相比，断裂强度可达后者的34倍；各向异性水凝胶轴向断裂强度是各向同性样品的12倍。通过本方法可以方便的制备具有各项异性复杂水凝胶构件。在固化步骤之前，被拉伸导向的水凝胶仍具有很好的自修复性能，可以方便的进行块体组装。在经过盐析-溶胀清洗处理后，可以得到具有优异机械性能和良好生物相容性的仿生水凝胶器件。

Figure5. Preparation of tissue-like PVA hydrogels.

该工作在传统合成方法的基础上通过巧妙的组合，解决了PVA水凝胶材料在工程应用中力学强度低和难以实现复杂构件的难题。我校biwn必赢青年教师张翠云为该论文的第一作者，王志奎教授为通讯作者。该工作得到河北省自然科学基金（B2019204181）、河北农业大学引进人才科研专项（YJ201901）的资助。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723016133?ref=cra_js_challenge&fr=RR-1