近日，加州大学洛杉矶分校贺曦敏教授团队在AMR发表了题为“Bioinspired Soft Materials: From ‘Bio-like’ Properties to ‘Life-like’ Functions”的述评文章，总结了一条从模仿生物组织静态属性向构建具备自主感知与决策能力的动态类生命功能跨越的演进路线，核心在于将智能直接嵌入材料的结构与反馈回路中。

关键词：Bioinspired Soft Materials、Life-like Functions、Physical Intelligence、Polymer-Solvent Interactions、Feedback Mechanisms、Soft Robotics

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文章内容简介

本述评总结了课题组在仿生软材料领域的最新探索，旨在解决软材料从“被动响应”向“主动智能”进化的关键挑战。文章主要涵盖了三个层面的递进式设计策略：

1、基础调控：利用霍夫迈斯特效应（Hofmeister effect）和共溶剂效应（Cononsolvency）等物理化学原理，精准调控聚合物与溶剂的相互作用。这种“自下而上”的方法无需复杂的化学合成，即可实现水凝胶机械性能、孔隙结构和传输性能的跨尺度定制，使其具备类似生物组织的强韧性和物质传输能力 。

2、智能进阶：突破单一的刺激响应模式，通过在材料内部构建负反馈回路（如自遮挡效应）和多重刺激耦合机制，赋予材料自主产生节律性振荡和自适应行为的能力。例如，无需外部电路控制即可实现趋光游动的软体机器人（OsciBot）和模拟昆虫飞行的高频振荡器（FLAPTOR），实现了材料层面的“物理智能” 。

3、制造集成：结合4D打印、室温金属沉积及液态金属图案化等先进制造技术，解决了软材料在复杂三维结构制造和多功能集成方面的难题，推动其在生物电子、能源存储和医疗植入物中的实际应用 。

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您选择该研究领域的初衷是什么？

作者团队：

生命体是自然界最完美的软材料系统，它们不仅柔软强韧，更具备感知、决策和适应环境的能力。然而，传统的人造软材料往往是被动的，缺乏这种“活”的特性。我们选择这一领域，正是希望打破这种局限，通过向大自然学习，不仅模仿生物的“形”与“质”（如肌肉的弹性、皮肤的触感），更要复刻生物的“神”（如自主性、适应性）。我们希望创造出真正具有“物理智能”的材料，让它们能够像生命体一样与环境互动，从而在医疗植入、人机交互等领域发挥不可替代的作用。

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AMR：您认为该领域当前最值得关注的研究热点是？

作者团队：

我认为目前最激动人心的前沿话题是“材料的物理智能（Physical Intelligence）”与“自主进化（Self-evolution）”。 目前的智能材料大多依赖外部硬件控制或简单的刺激响应。未来的软材料应当具备“内置大脑”，即通过材料本身的分子网络设计（如动态化学键、反馈回路），实现无需电子计算的感知、逻辑处理和执行。 此外，如何让材料在使用过程中像生物肌肉一样通过“刺激历史-反馈-重组”的循环实现自我增强和性能优化，而不是随时间老化降解，是一个极具挑战但也极具颠覆性的方向。这将使材料从静态的工具转变为能随环境共同进化的智能体。

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AMR：您有何学生培养经验与读者分享？

贺曦敏教授：

在学生培养方面，我一直秉持“鼓励为主，张弛有度”的理念。我非常鼓励学生结合自己的兴趣点去自由探索科研方向，因为内驱力能更高效地培养独立科研能力。在指导风格上，我追求在 “Hands-on” 与 “Hands-off” 之间寻找平衡：在学生遇到关键瓶颈时给予具体指导，而在具体探索阶段适时放手，让他们在主导项目中真正成长。

作者团队简介

贺曦敏 (Ximin He)， 加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 材料科学与工程系教授，加州纳米系统研究所 (CNSI) 成员。贺教授曾在哈佛大学工程与应用科学学院及 Wyss 仿生工程研究所从事博士后研究，并于剑桥大学梅尔维尔高分子合成实验室获得化学博士学位。她的研究聚焦于仿生软材料、结构高分子及其物理、机械、电学和光热性能，在生物医学、能源、环境及机器人领域有着广泛的应用前景。 贺教授获得了包括美国国家科学基金会职业奖 (NSF CAREER Award)、美国空军科学研究局青年研究员奖 (AFOSR YIP)、加拿大高等研究院全球学者 (CIFAR Global Scholar)、SES 青年研究员奖章、Moore Fellow、强生 WiSTEM2D 学者奖、国际仿生工程学会 (ISBE) 杰出青年奖、Advanced Materials 新星奖、3M 非终身教职奖、Hellman 研究员奖及 UCLA 教师职业发展奖等多项荣誉。她关于仿生强韧水凝胶、向光性、趋光性、稳态及防冰材料的研究工作获得了多项地区及国际奖项，并被超过 100 家国际新闻媒体报道。

张川威 (Chuan Wei Zhang) ，目前在加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 材料科学与工程系攻读博士学位，师从贺曦敏教授。他于北京化工大学 (BUCT) 材料科学与工程学院获得学士学位，并于浙江大学 (ZJU) 高分子科学与工程学系获得硕士学位。他的研究兴趣主要集中在强韧水凝胶、具有可控变形的刺激响应水凝胶以及水凝胶基器件。

华牧天（Mutian Hua）， 现华盛顿大学（UW）森林与环境学院（SEFS）助理教授，师从贺曦敏教授。他的研究聚焦于生物再生材料，可循环聚合物，以及高强度水凝胶，在生物医学，环境，无污染塑料制品等领域具有广阔应用前景。

吴书旺 (Shuwang Wu)，2018年在中国科学院化学研究所师从王健君研究员获得博士学位，2019年至2022年在加州大学洛杉矶分校（合作导师：贺曦敏教授）和上海交通大学（合作导师：朱新远教授）从事博士后研究。2022年2月加入苏州大学放射医学与防护学院，任教授，并入选江苏特聘教授。主要从事水凝胶的制备及其生物医学应用研究。

扫码阅读贺曦敏教授团队的精彩Account文章：

Bioinspired Soft Materials: From “Bio-like” Properties to “Life-like” Functions

Chuan Wei Zhang, Mutian Hua, Shuwang Wu, Hang Shi, and Ximin He*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00224

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