水凝胶作为一种亲水性三维网络聚合物，近年来在组织工程、药物递送、软体机器人等前沿领域表现出巨大应用潜力。然而，传统水凝胶往往存在机械性能差、成型方式受限等问题，难以满足复杂应用场景的需求。前端聚合（ FP）作为一种将单体快速转变成聚合物的高效、自维持聚合方式，已被广泛用于制备水凝胶、树脂等功能材料。然而现有FP通常需在高温（80 °C以上）引发下进行聚合，生物细胞一般在50 °C下死亡，也容易破坏生物细胞活性分子等温度敏感组分，极大限制了其在生物医学的应用。同时，随着3D打印技术的快速发展，生物水凝胶作为打印墨水逐渐受到关注，但目前能兼容多种打印方式（如DIW和DLP）的水凝胶体系仍十分缺乏，成为制约生物3D技术普及的关键瓶颈。
为解决上述难题，南京工业大学陈苏教授团队设计了一种由丙烯酸羟丙酯（HPA）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）单体材料和聚己内酯（PCL）组成的水凝胶前驱体体系。该体系通过低温前端聚合（FP）实现了互穿网络结构（IPN）的快速构建，并兼具多模态微流控3D打印的优异适应性。团队首先以PCL构建第一个网络结构，再通过FP引发HPA与NVP共聚形成第二网络，实现分子层面的物理-化学双重交联，显著提升水凝胶的力学强度与稳定性。通过配方优化，整个FP过程可在45.4 °C的超低温下引发聚合，并在6分钟内将单体快速转化为聚合物，为温和条件下构建高性能生物水凝胶提供了新路径。
这项研究打破了传统水凝胶在制备温度、加工方式和应用性能上的三重限制，在温和条件下实现了快速成型、自愈复原与多模式微流控3D打印的有机统一。其出色的结构调控能力、工艺兼容性与功能拓展潜力，为生物医学、组织工程和软体机器人等前沿领域提供了前瞻的技术支撑与广阔的应用前景。该研究成果于近日发表在国际重要刊物《Chemical Engineering Journal》（DOI: 10.1016/j.cej.2025.164775）上。标题为：“Interpenetrating network hydrogels via low-temperature frontal polymerization and 3D printing”。
该课题得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、江苏省高校优势学科建设工程等基金的资助和支持。
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