水凝胶在受激情况下的限域溶胀行为，可以模仿生物体在外界环境刺激下产生的复杂形状。进一步通过对材料结构和外界刺激进行编码，就可以使材料像机器一样实现程序操作，从而实现“材料即机器”的全新模式。近年来，这类基于智能响应材料的新型软体机器人、逻辑运算器、微机械操作平台设计显示出巨大潜力。这预示这类“材料即机器”设计理念很可能成为材料和机械研究应用的未来。

然而，在智能形变材料由设计理念向应用研究转型的过程中，自塑形水凝胶材料精细结构构筑和形变速度调控，是无法回避的重要挑战。浙江大学高分子系计剑教授团队和德国拜罗伊特大学Seema Agarwal教授团队合作，提出了一种基于电纺技术和3D打印技术构建快响应复杂形变水凝胶材料的新策略。利用电纺技术构筑具有多孔结构的聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAm）电纺纤维膜作为基底，在该基底上打印不同的PNIPAm/Clay复合凝胶图案，利用复合结构温度敏感的溶胀性差异，通过非线性溶胀场引发内应力，实现了材料多种复杂形状的快速转变。在这一策略中，具有多孔结构的电纺纳米纤维膜可急剧增加形变速率；而三维打印技术则提供了构筑不对称图案化结构的高效手段，为实现多种复杂形变提供了有效途径。电纺技术和3D打印技术优点有效整合，实现了快速响应和内应力的精确调控。

虽然在这一研究过程中选用了温敏型聚合物PNIPAm作为模型，但这一技术理论上适用于所有的刺激响应水凝胶材料。结合其他的刺激响应组分及各种局部刺激手段，这一构建水凝胶形变材料的新策略将展现出更大潜力。相关研究发表在Advanced Functional Materials（2018, 28, 201800514; IF=13.325）上，论文第一作者是陈婷珽博士生，这一研究也是浙大高分子和德国拜罗伊特高分子全面合作的又一可喜成果。