2025年1月21日，中国地质大学（武汉）邓恒教授、杜克大学Xianchen Xu在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Bioinspired hydrophobic pseudo-hydrogel for programmable shape-morphing》的研究论文，2022级博士王志港为论文第一作者，邓恒教授、Xianchen Xu为论文共同通讯作者。
邓恒，中国地质大学（武汉）教授。2012年本科毕业于北京石油化工学院，2015年获中国科学院大学过程工程研究所硕士学位（导师：张欣研究员），2020年获美国密苏里大学博士学位（导师：Jian Lin 教授）。2020-2021年在密苏里大学担任研究科学家。2021年加入中国地质大学（武汉）担任教授。
邓恒教授的研究方向为高分子功能材料，共发表SCI论文30余篇，其中以第一作者（或通讯作者）身份在Nature Communications、Advanced Materials、Materials Horizons以及Chemical Engineering Journal等国际重要期刊共发表论文10余篇，为Elsevier出版社图书撰写书稿一章。
Xianchen Xu，2012年本科毕业于大连理工大学，2015年硕士毕业于北京理工大学，2020年在美国University of Missouri-Columbia获博士学位。2020-2021年在密苏里大学、密歇根州立大学从事博士后研究，导师：黄国良、曹长勇。现任职于杜克大学。
受到泥炭藓属疏水性苔藓（泥炭藓）反直觉的吸水“膨胀”能力的启发，作者制备了一种疏水性伪水凝胶（HPH），它由具有定制多孔结构的纯疏水性有机硅弹性体组成。
与传统水凝胶相比，HPH通过表面张力诱导的弹性毛细作用实现吸收诱导的体积膨胀，在疏水基质中呈现出意想不到的吸收诱导的体积膨胀能力。
作者采用的理论框架阐明了表面张力引起的弹性毛细管现象的相互作用，为吸收引起的体积膨胀行为提供了见解。
通过系统地编程孔隙结构，作者现了可调谐、各向异性和可编程的吸收引起的膨胀。这会导致特定的自我塑造转变。作者结合磁性粒子，设计了基于HPH的软机器人，能够实现游泳、滚动和行走。
本研究展示了一种在疏水材料中实现水响应行为的非传统方法，扩大了软材料和软机器人应用中可编程形状变形的可能性。
图1：受泥炭藓启发的疏水性伪水凝胶的结构与应用示意图
图2：多孔弹性体的吸水膨胀行为及过程分析
图3：多孔弹性体吸水膨胀机制的分析
图4：HPH的湿度响应变形及其应用
图5：基于HPH的磁驱动机器人的应用
综上，受泥炭藓（Sphagnum）的反直觉吸水膨胀特性启发，作者开发了一种由纯疏水有机硅弹性体构成的疏水性伪水凝胶（HPH），通过设计微孔结构实现了疏水材料中的吸水膨胀现象，并进一步探索了其在可编程形状变形和软机器人中的应用。
该研究成功揭示了疏水材料通过表面张力诱导的毛细作用实现吸水膨胀的机制，提出了相关的理论框架，并通过调控微孔结构实现了可控、各向异性及可编程的吸水膨胀行为。
这一成果不仅为设计新型疏水响应性软材料提供了新思路，还为软机器人、智能材料和柔性电子等领域带来了广阔的应用前景，例如开发可游泳、滚动和行走的磁驱动软机器人，以及用于可穿戴电子设备的自变形传感器等。
Wang, Z., Hu, H., Chai, Z.et al.Bioinspired hydrophobic pseudo-hydrogel for programmable shape-morphing.Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56291-1.
