水凝膠作為一種親水性三維網絡聚合物，近年來在組織工程、藥物遞送、軟體機器人等前沿領域表現出巨大應用潛力。然而，傳統水凝膠往往存在機械性能差、成型方式受限等問題，難以滿足復雜應用場景的需求。前端聚合（ FP）作為一種將單體快速轉變成聚合物的高效、自維持聚合方式，已被廣泛用于制備水凝膠、樹脂等功能材料。然而現有FP通常需在高溫（80 °C以上）引發下進行聚合，生物細胞一般在50 °C下死亡，也容易破壞生物細胞活性分子等溫度敏感組分，極大限制了其在生物醫學的應用。同時，隨著3D打印技術的快速發展，生物水凝膠作為打印墨水逐漸受到關注，但目前能兼容多種打印方式（如DIW和DLP）的水凝膠體系仍十分缺乏，成為制約生物3D技術普及的關鍵瓶頸。
為解決上述難題，南京工業大學陳蘇教授團隊設計了一種由丙烯酸羥丙酯（HPA）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）單體材料和聚己內酯（PCL）組成的水凝膠前驅體體系。該體系通過低溫前端聚合（FP）實現了互穿網絡結構（IPN）的快速構建，并兼具多模態微流控3D打印的優異適應性。團隊首先以PCL構建第一個網絡結構，再通過FP引發HPA與NVP共聚形成第二網絡，實現分子層面的物理-化學雙重交聯，顯著提升水凝膠的力學強度與穩定性。通過配方優化，整個FP過程可在45.4?°C的超低溫下引發聚合，并在6分鐘內將單體快速轉化為聚合物，為溫和條件下構建高性能生物水凝膠提供了新路徑。
這項研究打破了傳統水凝膠在制備溫度、加工方式和應用性能上的三重限制，在溫和條件下實現了快速成型、自愈復原與多模式微流控3D打印的有機統一。其出色的結構調控能力、工藝兼容性與功能拓展潛力，為生物醫學、組織工程和軟體機器人等前沿領域提供了前瞻的技術支撐與廣闊的應用前景。該研究成果于近日發表在國際重要刊物《Chemical Engineering Journal》（DOI: 10.1016/j.cej.2025.164775）上。標題為：“Interpenetrating network hydrogels via low-temperature frontal polymerization and 3D printing”。
該課題得到了國家自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃、江蘇省高校優勢學科建設工程等基金的資助和支持。
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