刺激响应的形变聚合物材料在软驱动、生物器件、柔性电子等方面存在巨大的潜在应用价值。常见的水凝胶基形变材料一般基于水分子与高分子聚合物链之间的作用变化，在通过空间异质结构的设计之后，能实现弯曲、扭转、褶皱甚至是跳跃等复杂形变。然而，目前的形变水凝胶材料在制备完之后，形变路径无法实现改变，因而不能实现可编程的可逆形变。而形状记忆水凝胶能根据需求实现不同临时形状的记忆，从而实现可编程的形变路径。
近日，浙江大学谢涛教授、赵骞副教授和潘鹏举教授合作报道了一种基于“瞬时各向异性结构”机理的可编程形变水凝胶材料。通过N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）与丙烯酸十八酯（SA）的共聚，制备得到的水凝胶具有可熔融转变的十八酯片段和能发生体积相转变的PNIPAM链段，两种转变的协同作用能以一种不同寻常的方式操纵水凝胶的分子构象，从而实现高度灵活的形变行为（如图1a）。
如图1所示，作者首先利用广角和小角X射线衍射法分析了溶胀水凝胶的微观结构，并研究了不同SA含量对水凝胶疏水微区、水含量及力学性能的影响。在此基础上，SA-0.08水凝胶材料被用于可逆形变行为的研究，并证明相比于水凝胶的体积变化，PNIPAM链的构象变化是可逆驱动背后的主要机制。
接下来，作者着重研究了SA-0.08水凝胶的可逆驱动动力学（如图2所示）。通过在15 ℃和45 ℃水环境中的切换，该水凝胶能在不同形状之间实现可逆变换，并且再次证明驱动过程与水凝胶的溶胀过程无关。
通过在15 ℃水中的长时间浸泡（30 h），水凝胶的临时形状能被擦除，从而实现宏观形变、微观图案等的可编程化转变（如图3所示）。
为了了解这其中的潜在机理，作者研究了在15 ℃冷水中的浸泡时间对水凝胶形变行为的影响（如图4所示）。研究发现，水凝胶在冷水中会实现缓慢的结构松弛与转变，随着浸泡时间的延长，水凝胶中原本可用于固定临时形状的取向结构会逐渐消失，从而为下一次的临时形状的编辑提供可能。
最后，作者给出机理，认为：最初始的水凝胶中PNIPAM链处于松弛状态，水凝胶表现出各向同性；在热水中编程的过程中，疏水的硬脂酸酯区域被拉伸，并且由于疏水作用，球状的PNIPAM会聚集在硬脂酸酯区域周围，从而使得宏观结构得到固定，此时，由于链的拉伸，PNIPAM球状体也表现出各向异性；冷却后，PNIPAM球状物吸收水，并慢慢实现链的解取向过程，但由于硬脂酸酯区域的存在减缓了PNIPAM链构象的转变，从而使该转变不能在短时间内弯成（如2 h）。这种可编程的水凝胶驱动器大大扩展了未来智能水凝胶器件的设计范围。
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