水凝膠在很多工程和生物醫(yī)學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用，其形狀和大小對(duì)水凝膠的應(yīng)用和功能具有重要的影響。例如, 將直徑300 – 500 m的海藻酸水凝膠球移植到小鼠體內(nèi)，會(huì)引起嚴(yán)重纖維化反應(yīng)，而較大尺寸的水凝膠球(1.5 -1.9 mm)則不會(huì)。而且相比于五角和三角形，球形的排異反應(yīng)最小。同時(shí)，不同特定形狀的微尺度水凝膠常常被用來模擬構(gòu)建不同組織的功能單元，進(jìn)而可以組裝構(gòu)建更加復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)。盡管已有很多關(guān)于構(gòu)建三維水凝膠的方法，如光刻、微流控和3D打印等等，但對(duì)于復(fù)雜的形狀，如非柱形的結(jié)構(gòu)，這些方法并不十分有效。同時(shí)還會(huì)受限于水凝膠材料的種類和某些性能。因此，目前仍然缺少一種簡(jiǎn)單便捷的構(gòu)建復(fù)雜三維形狀水凝膠的方法。

近日，受毛細(xì)折紙現(xiàn)象的啟發(fā)，西安交通大學(xué)仿生工程與生物力學(xué)中心提出了一種簡(jiǎn)單有效的構(gòu)建三維復(fù)雜水凝膠的方法。毛細(xì)折紙現(xiàn)象是一種有趣的表面張力現(xiàn)象，隨著液滴蒸發(fā)，二維的彈性薄膜會(huì)在表面張力的作用下逐漸變形折疊，形成三維結(jié)構(gòu)，根據(jù)液滴和薄膜大小的不同，整個(gè)閉合過程需要10min~30min。通常情況下，水凝膠交聯(lián)只需要不到一分鐘。因此，將普通的水換成水凝膠，可以在折疊過程的任意一個(gè)時(shí)刻進(jìn)行交聯(lián)，凍結(jié)水凝膠的三維形狀，從而得到不同三維結(jié)構(gòu)的水凝膠。他們通過設(shè)計(jì)PDMS彈性膜的大小和形狀，可以實(shí)現(xiàn)~ 100μm ~ 1mm大小不同三維形狀的水凝膠。這種方法簡(jiǎn)單方便，整個(gè)過程無需外力驅(qū)動(dòng)，自發(fā)完成，并可以適用于不同交聯(lián)條件的水凝膠材料。同時(shí)，他們還建立了數(shù)學(xué)模型用于預(yù)測(cè)水凝膠的形狀。通過改變二維薄膜的形狀、無量綱參數(shù)（彈性毛細(xì)常數(shù)Ce）和蒸發(fā)時(shí)間，可以利用模型精確地實(shí)現(xiàn)三維形狀（金字塔形、五面體和立方體）和尺寸的控制（從微米到厘米）。

該研究在柔性電子、組織再生以及藥物輸送中具有重要的應(yīng)用前景。相關(guān)論文發(fā)表于Small（DOI: 10.1002/smll.201601147）上，并被選為期刊封面文章（Front Cover），第一作者為西安交通大學(xué)博士生李墨筱，由盧天健教授和徐峰教授共同指導(dǎo)完成。