生物体系普遍具备热塑性：能凭既往热暴露自调节耐受阈值；但合成水凝胶难以在“纯热输入”下获得同等热记忆。传统热敏凝胶（如PNIPAm）其T_c由配方限定、对热史不敏感；部分“记忆”方案又依赖外加机械/光/化学刺激，或仅呈滞后与动力学陷阱，未能在热力学上重编程相变平衡。因此，亟需一种在固定组成下、仅凭热轨迹即可自洽写入并读出阈值的材料范式，以弥合生物适应性与合成体系间的差距。

  中山大学杨国伟教授和广东工业大学高粱副教授联合在《Advanced Materials》发表了关于可编程“热记忆”水凝胶（TP-gels）的研究成果，提出了一种基于聚乙烯缩丁醛（PVB）的热塑性水凝胶，通过“热适应溶胀—弹性受限相分离”的协同机制将热史写入并可编程调控相变阈值（T_c），为信息加密、热调光与复杂环境自适应提供了新的材料学解决方案。该工作以“Thermoresponsive Hydrogel with Thermal Memory”为题（Adv. Mater: 2025,e11341），

  该研究报道了一类具备生物式热塑性（thermal plasticity）与热记忆能力的聚合物水凝胶（TP-gels）。受珊瑚共生体驯化的启发，材料以聚乙烯缩丁醛（PVB）为网络基体，在固定化学组成前提下，通过变温溶胀（T_s）—弹性约束—相分离的耦合机制，将“热史”写入凝胶的平衡含水量与网络弹性，实现相变阈值 T_c的可编程调节（T_c = T_s + ΔT），ΔT变化为3-7℃；并可经再次在较低T_s重溶胀实现“擦除与重写”。与PNIPAm等传统热敏凝胶相比，TP-gels的T_c不再是配方常数，而是由热轨迹编程定义；其ΔT随T_s单调增大、~300次循环稳定、且弹性介导的TP-gels在热编码期间稳定在亚稳态附近，可以防止过早的相分离。该范式为热信息加密、空间热力学编程配置，软体器件热适配提供通用材料学平台。

一、生物启发和热塑性调控机制

图1：模仿珊瑚共生体的热塑性（Thermal Plasticity, TP）的设计理念。

图2：策略性热调节(通过变温溶胀)将热塑性行为编码到水凝胶中。

  自然界（如珊瑚—共生藻体系）通过“热训练—阈值上调”抵御热胁迫。受此启发，作者提出合成热塑性水凝胶（TP-gels）的设计：让材料仅借助热轨迹实现“感知—存储—调用”三步闭环，即在溶胀阶段编码热史、在后续升温阶段以可移位的T_c读出。

二、热塑性TP-gels的科学设计与制备

图3：TP-gels的制备及其热塑性行为。

  体系选用PVB，先制得干膜，再于不同T_s（13~60°C）的水中达平衡溶胀，获得透明凝胶。此时，水作为弱溶剂在分子尺度上破坏部分氢键团簇并诱导疏水丁缩醛侧链聚集，形成短程有序域充当物理交联点，而无序线团提供橡胶弹性。平衡态的含水量?′_weq(T_s)与网络弹性模量G_e(T_s)共同决定系统在相图中的初始坐标，使后续升温触发的相分离阈值体现出对既往T_s的记忆。

  （1）可编程阈值：实验表明ΔT与T_s近似线性相关，例如经13°C与60°C溶胀的样品，其 T_c分别约为16°C（ΔT≈3°C）与67°C（ΔT≈7°C）。因此在固定配方下，仅通过改变T_s即可连续调谐T_c。

  （2）可擦写重编程：将已编码样品在较低T′_s重新溶胀，可将T_c下调到新的可读阈值，实现非易失且重写，与生物热驯化相呼应。

三、关键表征与科学验证

图4：TP-gels的热塑性溶胀及弹性相分离。

  （3）自适应溶胀热力学：?′_weq随T_s提升而显著下降，对应的Flory–Huggins作用参数χ(T_s) 升高，表明聚合物-水相容性降低是热适应溶胀的主驱；与此同时，G′呈平台、且G_e随T_s增大（≈19→70 kPa），揭示网络弹性随“热史设定”而被重构。

  （4）弹性约束的相分离：相变过程符合成核-长大机制；网络弹性提供的限域压力抬高成核势垒，避免溶胀阶段即“提前发白”。理论上，最小过饱和度S_min与G_e通过lnS_min∝G_e关联；实测将不同T_s数据折叠到同一主曲线，证实“弹性-相分离耦合”是ΔT扩展的根源。

  （5）对比与稳健性：化学或物理交联的PNIPAm体系的T_c主要由组成决定，几乎不受T_s影响，难以实现可编程；而TP-gels可在~300次加热-冷却循环中保持稳定的光学对比与阈值复现性。

图5：多温度点顺序触发加密设备的设计和操作原理。

  （6）热信息加密/顺序解密：在同一器件上通过空间分区T_s编程，建立T_c梯度作为“热钥匙”，实现按温轨迹次第显隐。

  TP-gels用一个简洁而普适的流程——“变温溶胀写入+弹性受限读出”——把热经历编码进材料，并把相变阈值转化为可编程的“信息位”。这一范式打破了传统热敏凝胶“定配方→定 T_c”的天花板，展示了可写、可读、可擦的热记忆物质形态。

  该工作第一作者为中山大学材料科学与工程学院博士生潘佳耿以及广东工业大学硕士生杨梓灿。通讯作者为高粱副教授以及杨国伟教授。

  链接地址：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202511341