近日，《德國應(yīng)用化學》以“Harnessing the Hofmeister Effect for Dynamic Self-Assembly of Supramolecular Hydrogels”為題報道了我校王義明特聘研究員、郭旭虹教授和軒福貞教授在智能感知超分子水凝膠領(lǐng)域的創(chuàng)新合作成果，論文被編輯選為超分子化學領(lǐng)域“Hot Paper”。

生命系統(tǒng)中的信號識別與響應(yīng)過程展現(xiàn)出高度的時空分辨特性與自適應(yīng)性，激發(fā)了對仿生傳感材料的廣泛關(guān)注。Hofmeister效應(yīng)作為調(diào)控分子間作用力的經(jīng)典離子特異性理論，為構(gòu)建具備類生命感知特征的智能材料提供了新的理論支撐。然而，如何將該效應(yīng)有效地與動態(tài)化學反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)相耦合，實現(xiàn)類生命信息流轉(zhuǎn)模式，仍是當前智能傳感材料研究中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

我校研究人員提出將酶促反應(yīng)與Hofmeister效應(yīng)相耦合的思想，成功構(gòu)筑出能夠動態(tài)感知Hofmeister離子序列的智能超分子水凝膠，模擬生命體對微環(huán)境變化的自適應(yīng)感知行為。團隊設(shè)計的凝膠因子含有羧酸基團，其自組裝行為可被尿素水解生成的親液離子NH??、CO?2?（Kosmotropic ions）精確調(diào)控。在脲酶催化下，尿素水解產(chǎn)生的堿性NH?和親液離子誘導(dǎo)凝膠經(jīng)歷從Gel1到溶膠Sol再到Gel2的自主轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)對離子信號的實時感知與力學狀態(tài)的動態(tài)演變，將化學信號有效轉(zhuǎn)化為宏觀物性變化，為多模態(tài)輸出和智能反饋奠定了基礎(chǔ)。

該研究通過簡單的酶促反應(yīng)展示了如何調(diào)控Hofmeister效應(yīng)實現(xiàn)自我感知與自主調(diào)節(jié)的凝膠-溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變。機理研究表明，離液離子通過破壞凝膠基元分子與水分子間的相互作用，進而激發(fā)了凝膠基元分子自組裝。通過將Hofmeister效應(yīng)介導(dǎo)的自組裝與尿素酶解反應(yīng)相耦合，酸性pH條件下形成的水凝膠Gel1會因生成堿性NH3而解離為溶膠Sol；但隨著時間的推移，隨著離液離子（NH??和CO?2?）的產(chǎn)生與積累，解離的凝膠因子會被激發(fā)自組裝形成新的水凝膠Gel2。這是首個利用Hofmeister效應(yīng)實現(xiàn)具有自我調(diào)節(jié)能力的智能超分子水凝膠的研究。該研究證實Hofmeister效應(yīng)能有效調(diào)控分子間作用力以維持分子組裝體結(jié)構(gòu)，這對理解自然界中特定離子效應(yīng)（如嗜鹽生物在極端鹽環(huán)境中的生存機制）具有啟示意義。更重要的是，這種Hofmeister效應(yīng)介導(dǎo)的動態(tài)超分子自組裝為開發(fā)具有自我調(diào)節(jié)能力的類生命軟材料提供了新思路，可應(yīng)用于具有離子感知功能的生物傳感和藥物遞送系統(tǒng)等。

該研究是碩士生唐紅旺在王義明特聘研究員、郭旭虹教授和軒福貞教授共同指導(dǎo)下完成的。研究工作得到了國家自然科學基金委、上海市科委等機構(gòu)的項目支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202505417