水凝膠是一種含水量很高的高分子三維網絡，具有優異的親水性和良好的化學適應性。利用外界刺激誘導原位合成水凝膠，具有重要意義。隨著相關研究的不斷深入，設計具有更高可控性的誘導途徑是該領域的重點研究方向之一。光交聯反應是合成水凝膠有效途徑，其主要是利用高分子鏈中的光敏基團，或光引發劑，在光照作用下，誘發交聯，形成三維網絡結構。這種高度可控的成膠特性，已在傷口快速止血、離子凝膠導體性能調控、光刻技術等領域呈現顯著優勢。需要注意的是，光交聯反應通常由紫外/可見光區范圍內的光波進行誘發，但該區間的光波在生物組織中的穿透性較差。這一缺陷嚴重限制了利用光交聯反應在動物體內等密閉體系中進行水凝膠的原位合成，也限制了其在深部組織修復，腫瘤栓塞治療等領域的進一步應用。

圖1. 不同光源對組織穿透深度的示意圖及X射線-光引發級聯反應體系

針對上述問題，楊艷民教授和張海磊副教授在前述研究基礎上（Nat. Commun., 2024, 15，2055），進一步與美國馬薩諸塞大學醫學院韓剛教授展開合作：基于埃洛石納米管（HNTs）的表面修飾，在納米管表面原位合成和具有X射線激發長余輝發光性能的納米復合材料（HNTs@YF₃:Tb³⁺），具有良好的水分散性能，低毒性，且與聚合物基質相容性良好。X射線經HNTs@YF₃:Tb³⁺媒介作用轉化形成的可見光，可用于進一步激活光引發劑樟腦醌/環糊精超分子絡合物，產生自由基，誘發烯類單體發生自由基聚合，實現原位合成水凝膠的目的。論文作者已在肌肉組織體外模型、大鼠動物模型和體外骨缺損模型中對對上述X射線-光引發級聯反應體系誘導深層組織原位成膠的可行性進行了驗證。上述級聯引發體系也有望與其他光化學工藝，如光固化、光催化等結合，有望在深層齒缺損修復、腫瘤栓塞治療、體內深層組織原位修復、密閉器件內部探傷修復等領域取得進一步推廣和應用。

圖2. 本研究提出的X射線-光引發級聯反應體系在不同領域的應用前景展望

相關工作“X-ray-activated polymerization expanding the frontiers of deep-tissue hydrogel formation”以河北大學為第一單位發表在國際著名期刊《Nature Communications》上（2024, 15，3247）。物理學院楊艷民教授與美國馬薩諸塞大學醫學院韓剛教授為共同通訊作者，化學學院張海磊副教授為論文第一作者和共同通訊作者。

上述研究工作得到了國家自然科學基金（Nos. 22102045&11974097），中央引導地方科技發展基金（No. 226Z1301G），河北省自然科學基金（No. B2020201072）和河北大學校長基金（No. XZJJ202210）和河北大學多學科交叉研究基金(DXK201301)資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47559-z

（物理科學與技術學院、科學與技術創新研究院  供稿）