近日，《Chemical Reviews》在线发表了一篇由我校材料科学与工程学院、先进纤维材料全国重点实验室朱美芳院士团队撰写的一篇关于水凝胶纤维发展历程及研究进展的综述论文，并被选为当期正封面（图1）。相关内容以“A Review of Hydrogel Fiber: Design, Synthesis, Applications, and Futures”（《水凝胶纤维-设计、合成、应用和未来》）为题，朱美芳院士、侯恺副研究员为通讯作者，陈国印副研究员为第一作者，东华大学为唯一通讯单位，文章凝聚了朱美芳院士团队在水凝胶纤维成形和应用方面十余年的探索经验和技术积累。

图1. 当期封面

水凝胶纤维是一种结合了水凝胶材料的柔软性、湿润性、生物相容性和环境响应性，以及纤维材料的高长径比、各向异性和柔韧性的材料。这种材料因其独特的结构和功能特性，在生物医学、能源、环境科学等领域具有广泛的应用潜力。在自然界中，生物体内存在各种各样的水凝胶纤维，例如肌肉组织、神经组织和结缔组织。这些组织表现出特殊的功能和多级结构，承载着生命活动的奥秘和潜能。从体内的纤维组织，如神经和肌肉，到体外的各种动物毛发，这些水凝胶纤维不仅促进体内生物信号的传递，促进细胞分化等功能，而且可对外部威胁提供保护和防御。因此，理解和模拟生物体中有序的纳米复合材料结构和多层次组织是水凝胶纤维发展的重点和挑战。据此，该文章系统回顾水凝胶纤维的研究进展，内容涵盖了水凝胶纤维在原料选择、结构设计、纤维成形、性能评估、功能应用以及未来展望等多个方面（图2），为未来的研究提供指导，推动水凝胶纤维在多个领域的应用和发展。

图2. 水凝胶纤维从设计、合成到应用的概述图

“水凝胶”一词可追溯至19世纪末20世纪初，最初用于描述某些无机盐的胶体。后来，随着该领域的发展，水凝胶的含义已不同于最初，它主要指的是一种在水或生物体液中能够膨胀的物理或化学交联聚合物。在水凝胶发展的早期阶段，即20世纪50年代至90年代，对水凝胶的研究主要集中在制备水凝胶的原料的溶胀、水凝胶内部网络的控制以及水凝胶材料的基本性质（膨胀、力学性能等）。而在这一研究期间，关于水凝胶的形态通常为块状，而在功能方面，它已经实现了温度敏感响应、pH响应、药物释放等。到20世纪90年代和21世纪初，利用湿纺丝技术逐渐开发出水凝胶纤维，并广泛应用于环境响应和驱动。随后，水凝胶纤维进入了快速发展期（图3）。简而言之，在结构方面，水凝胶纤维已逐渐从单一结构发展到多结构，如单丝、纳米纤维膜和多级结构水凝胶纤维等。同时，具有多种功能的水凝胶也逐渐被开发出来，包括物质输运、电导、光导等。基于这些功能的发展，高频纤维的应用领域得到了极大的拓展，如信号传感、组织修复、仿生等。因此，构建具有完整结构和功能的高性能水凝胶纤维对于各个领域的发展至关重要，而系统地综述水凝胶纤维的发展，对于水凝胶纤维未来的功能化、智能化具有重要的指导意义。

图3. 水凝胶纤维的发展历程

文章详细讨论了水凝胶纤维的常见材料，包括天然聚合物（如海藻酸钠、壳聚糖、纤维素等）、合成聚合物（如聚乙烯醇、聚N-异丙基丙烯酰胺等）、单体/寡聚物以及纳米颗粒。这些材料的选择对水凝胶纤维的性能和功能有重要影响。进一步，强调了水凝胶纤维的结构设计对其性能和功能的重要性（图4）。结构设计包括微观结构（如交联网络、孔隙结构）、介观结构（如多网络结构、取向结构）和宏观结构（如空心结构、核壳结构等）。并在水凝胶纤维的合成方面，详细讨论了水凝胶纤维的多种制备技术，包括湿法纺丝、微流体纺丝、动态聚合纺丝、3D打印等。这些技术各有优缺点，适用于不同的应用场景。随后，基于水凝胶纤维的结构和功能特点，文章详细讨论了水凝胶纤维在多个领域的应用，包括生物医学（如组织工程、药物递送）、能源（如超级电容器、电池）、环境（如水处理、污染物吸附）等。这些应用展示了水凝胶纤维的多功能性和广泛的应用前景。

图4. 水凝胶纤维设计原则

文章最后指出，尽管水凝胶纤维在材料设计、结构设计和功能构建方面取得了显著进展，但仍面临一些挑战。未来的研究将更加注重水凝胶纤维的多功能集成、生物相容性与可降解性、智能化与动态响应等方向。这些研究方向将推动水凝胶纤维在更多领域的应用和发展。

该研究论文得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、上海市晨光计划等支持。Chemical Reviews是美国化学学会旗下的顶级学术期刊，致力于发表针对近期化学相关领域重要研究的全面、权威、批判性和可读性的综述文章。创刊于1924年并发行至今，该刊物是化学领域最受推崇和排名最高的期刊之一。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.5c00159