自然界中的許多生物進化出了能夠編輯自身結構的卓越能力，以便在其生命周期內更有效地適應動態環境。例如海洋中的章魚在出生后，手臂上會生長許多發光的吸盤，用來傳遞不同的生物信息，如驚嚇捕食者或作為生物發光誘餌在黑暗的海洋中吸引獵物。長期以來，科學家嘗試通過設計智能人工材料（尤其是類生物組織的軟、濕高分子水凝膠驅動器）來復制這種自然結構編輯能力。這將極大豐富水凝膠驅動器的環境交互功能。然而在人工水凝膠體系中實現像真實生物一樣在不同生長發育階段具有不同的生物結構并展現不同的功能還是相當具有挑戰性的。

　　近年來，中國科學院寧波材料技術與工程研究所智能高分子材料團隊陳濤研究員與路偉研究員一直致力于熒光高分子水凝膠的仿生構建及其在信息存儲與加密、偽裝與人機交互等方面的應用研究。近日，該團隊與寧波大學王文欽副教授合作，在Angew. Chem. Int. Ed.（題為“Bio-inspired Structure-editing Fluorescent Hydrogel Actuators for Environment-interactive Information Encryption”，2023，DOI: 10.1002/anie.202300417）上報道了一種用于環境交互信息加密的結構編輯熒光水凝膠驅動器（圖1）。研究人員以熱引發劑和光引發劑作為生長因子的類似物從基礎水凝膠中擴散出來引發聚合生長出新的結構（圖2），建立了一種通用的仿生由內向外生長策略，并構建了類生物結構編輯能力的熒光水凝膠驅動器。同時，通過編輯不同驅動單元的生長排列位置可以實現響應性的3D折紙類形狀變化，這種可編輯性使得通過預先設計的生長排列來預測形狀變化成為可能（圖3）。通過在結構編輯水凝膠上以碳點為墨水書寫特定的信息，利用不同環境鑰匙（如溫度、pH等）得到的差異化驅動狀態，可用于可視化信息的傳遞（圖4）。

　　該研究利用仿生逐步由內向外生長技術賦予了已加工完成的水凝膠結構編輯特性，首次展示了一種利用可編程的多種驅動狀態來傳達不同信息的環境交互信息顯示系統，有望在很大程度上豐富水凝膠驅動器的環境交互功能，為下一代智能驅動系統的發展鋪平道路。

　　以上工作得到了國家自然科學基金（52073297）、中德合作國際交流項目（M-0424）、中國科學院青年創新促進會（2019297）和王寬誠教育基金（GJTD-2019-13）等項目的資助。

圖1 用于環境交互信息加密的結構編輯熒光水凝膠示意圖

圖2 新水凝膠結構的可控編輯生長

圖3 對初始水凝膠結構編輯以產生可編程的折紙類3D形狀變形的水凝膠驅動器

圖4 用于環境交互信息加密的結構編輯水凝膠驅動器