水凝胶因其高含水性与优异生物相容性，是组织工程、可穿戴医疗与生物电子学中的核心材料。然而在 DLP/SLA 等光固化打印中却面临长期瓶颈：光散射严重（水相环境易造成固化区域“溢出”，导致细节模糊）；聚合速率难控制（固化过快导致“过固化”与结构变形）；光吸收剂问题（传统光吸收剂溶解性差、毒性高，难以在水凝胶体系中发挥作用）。这些问题导致高精度水凝胶打印一直难以兼顾精细结构与材料性能。

  乔瑞瑞教授带领的科研团队针对上述问题，首先开发RAFT聚合物修饰的液态金属纳米颗粒（pLMNPs），并系统揭示了其在水凝胶光固化体系中的多层次作用机制：团队发现，pLMNPs能够有效降低树脂中的光散射；增强局部光场聚焦，提高固化精度；同时缓和聚合反应速率，显著降低过固化现象，进而实现结构边缘更锐利、维度误差更低的高保真3D打印，即便延长曝光时间仍保持高保真度。研究团队证实，pLMNPs在多种常用水凝胶体系中均保持良好的打印性能提升。此外，pLMNPs 与水凝胶树脂之间的可逆动态键大幅改善水凝胶机械性能。

图1. 液态金属纳米颗粒在水凝胶树脂中的稳定性、聚合动力学、打印分辨率的表现。

图2.复杂模型的3D打印以及液态金属纳米颗粒对于3D打印水凝胶机械性能的改善。

  得益于液态金属纳米颗粒优秀的光热性能，3D打印的液态金属纳米颗粒水凝胶复合物在808 nm激光的刺激下展现出良好的广谱抗菌潜力，在可植入材料、创面敷料和抗感染器件中具有潜在价值。

  基于液态金属纳米颗粒的多功能聚合物复合材料是乔瑞瑞教授团队的重点研究方向之一。团队近年来围绕液态金属材料在软体机器人、智能复合材料、生物医学器件等领域持续展开系列研究：过去两年，团队先后开发了基于液态金属纳米颗粒的软机器人（Nat. Commun. 2023, 14, 7815）、可变形液态金属纳米颗粒实现软硬耦合机器人结构（Adv. Mater. 2024, 36, 2409789）并总结了有机无机纳米复合材料的制备：从传统合成到增材制造（Adv. Mater. 2025. 37, 2505504）。本论文第一作者为博士生黄续民，通讯作者为乔瑞瑞教授、Kourosh Kalantar-Zadeh教授以及张力文博士。

  文章链接

  X. Huang, L. Zhang, N. K. A. Nasar, et al. “ Vat Photopolymerization of Liquid Metal Nanoparticle-Integrated Hydrogels.” Adv. Funct. Mater. (2025): e23767.

  https://doi.org/10.1002/adfm.202523767