基于光热纳米触发器的新型光控热引发凝胶化策略

多功能纳米复合水凝胶的可控制备对其性能提升与广泛应用具有重要意义。传统制备方法主要依赖热引发或光引发凝胶化技术，但二者均存在显著局限性。传统热引发方法存在凝胶化反应动力学缓慢，且凝胶化反应空间不可控的缺点。相比之下，光引发方法凭借其精度高、可控性强的优势，已成为光辅助打印领域的主流技术。但该方法仍存在明显的应用限制，需要匹配特定的光引发剂和光源，目前尚未报道适用于广谱光的光引发剂。此外，现有光引发剂在含有光吸收特性的纳米材料如MXene、GO、Fe₃O₄等的前驱体溶液中普遍存在凝胶化效率下降甚至失效的问题。因此，急需突破现有光引发技术的局限，发展一种新型光控凝胶化策略用于含光吸收导电/磁性纳米材料复合水凝胶的可控制备。

为了从根本上克服这些局限性，我们提出了一种光热纳米触发器（PTNT）策略，通过光吸收纳米材料的经典光热效应，将传统不可控的热引发转变为一种新的光控精准热引发方式。PTNT具有高度普适性，可适配从零维纳米颗粒、一维纳米管到二维纳米片等多种光热纳米材料，并展现出高效的凝胶化性能和优秀的广谱光适应能力，突破了传统光引发技术对特定光源的依赖。在此基础上，PTNT方法通过引入兼具高粘性与低热导率的甘油，有效限制了光热生成的热量扩散，抑制自由基向未曝光区域扩散，从而赋予该方法空间可编程的高分辨率及异质结构打印能力。此外，PTNT还能够寄生于水凝胶网络使其获得新功能，在柔性电子器件、光/磁操控软体机器人等领域展现出广阔应用潜力。

图1. 光热纳米触发器（PTNT）的设计理念。 (A) 通过PTNT策略制造纳米复合水凝胶的凝胶化过程示意图。PTNT策略利用经典的光热效应，将无法控制的热引发转化为可编程的光控热引发。PTNT策略在选择光热纳米材料作为触发器时展现出优秀的普适性。 (B) PTNT运用的凝胶化方法相较于传统热引发和光引发方法的优点。PTNT方法不仅能在广谱光下实现快速凝胶化，还能够通过引入甘油实现高分辨率的空间可编程打印。

图4. PTNT的空间可编程打印特性 (A) 使用PTNT作为凝胶触发剂的光热打印过程示意图。使用了氙灯光源、光掩模和含有光热纳米材料的水凝胶前驱体。 (B) 在PTNT光热打印过程中，不含甘油的水凝胶前驱体红外图像、温度变化曲线和电子顺磁共振（EPR）谱图。 (C)含有甘油的水凝胶前驱体的红外图像、温度变化曲线和电子顺磁共振（EPR）谱图。与不含甘油的情况相比，甘油的引入能够精确控制升温区域并限制自由基的扩散，从而大幅提升PTNT的打印分辨率。 (D) PTNT触发光热打印得到的不同分辨率线条、点阵和浙江大学校徽照片。 (E) 从单层拼接到双层复合的PTNT触发光热打印得到的水凝胶异质结构照片。

图5. PTNT打印纳米复合水凝胶的潜在应用 (A)含导电PTNT的光热打印水凝胶蝴蝶的照片，展示了在不同拉伸状态下的导电特性。 (B) PTNT打印的响应型水凝胶花朵在近红外光和冷却作用下的光操控形状变换过程的示意图与实物照片。 (C) 使用Fe3O4作为PTNT打印的章鱼形状水凝胶的磁操控运动过程。

相关研究成果以“Photothermal Nanotrigger Enables Rapid Gelation and Spatially-Programmable Printability under Broad-Spectrum Light” 为题发表在Advanced Materials上。论文的第一作者为硕士研究生满可欣，通讯作者为张超研究员和徐志康教授。该项工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助。

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202503717