近期，江南大学生命科学与健康工程学院陈敬华团队在《生物大分子》（Biomacromolecules） 上发表题为：可用于4D打印，具有自愈合、形态记忆、细胞相容性的动态键明胶水凝胶的研究论文，以天然高分子明胶为基础，与糠醛、聚乙二醇双马来酰亚胺交联，嵌入温敏剂HPASi，构建了基于亚胺/Diels-Alder（DA）反应的动态键双网络水凝胶，在生物医学、传感器和软体机器人等领域具有巨大的应用潜力。
近十年来，以功能水凝胶为代表的智能材料得到迅速发展。从pH、光和温度敏感材料，到形状记忆和自修复水凝胶，再到能够3D或4D打印的材料，水凝胶的功能和应用领域不断得到拓展。其中，具有时间依赖和刺激响应的形状记忆性3D打印水凝胶已开启新一代4D打印模式。
4D打印材料通过固定临时形状并逐渐恢复到原始形状，被赋予了随时间动态变化的新功能。在实际应用中，通过可逆共价键（如亚胺、酰腙键、二硫键等）生成的水凝胶，不仅提供了合适的粘度和剪切稀化特性，而且还具有自愈合、刺激响应和形状记忆功能。然而，目前的形状记忆4D打印水凝胶以有机合成高分子为主，生物相容性不佳；而由胶原、明胶或透明质酸等天然高分子制成的水凝胶往往缺乏良好的机械强度。因此，亟待开发可用于生物医学领域、兼具优异生物相容性及良好机械强度的4D打印水凝胶。
本项研究基于生物相容性的明胶材料，通过亚胺/Diels-Alder动态键双网络连接，以及与HPASi试剂的二次交联，开发了一系列可3D打印、高力学强度和细胞相容性的形态记忆水凝胶。双交联网络结构的引入使水凝胶具有优异的热稳定性、耐酸性、力学强度和延展性；交联剂HPASi的嵌入使水凝胶的自愈合和形状记忆性能显著增强。该材料不仅可直接进行3D打印，而且可发生随时间推移的温度响应性形状变化，适用于多种4D打印场景需求，在生物医学、传感器和软体机器人等领域具有巨大的应用潜力。
水凝胶制备过程示意图
(a)水凝胶和原料的FT-IR谱；(b)水凝胶的拉伸应力−应变曲线；(c)水凝胶在37℃的PBS溶液中的溶胀行为；(d)水凝胶的流变性
（a）不含HPASi的水凝胶的形状记忆性能；（b）灯泡开关；（c）花瓣闭合；以及（d）抓取5g重量的图片
不同因素对3D打印网络形态记忆功能的影响：（a）HPASi浓度为5.0 mM，25°C时4×4网格；（b）温度调节到65°C；（c）HPASi浓度调节到3.75 mM；（d）网格大小调节到6×6
(a)MTT法测定水凝胶提取液对3T3细胞存活率的影响。水凝胶表面3T3细胞培养的激光共聚焦图像：(b)对照组、(c)DNG-1、(d)DNG-2和(e)DNG-3
