水凝胶光纤因其与生物组织高度相似的机械性能、卓越生物相容性，以及能够将光信号低损耗地传导至目标区域的光传导能力，从而广泛应用于光医学领域。然而，当其被植入生物体内进行长期工作时，生理活动所引起的组织不可避免且持续存在的微运动，会对光纤施加动态应力。在这种反复的机械扰动下，传统由物理交联方式构成的皮-芯双层结构水凝胶光纤，其皮层与芯层之间的界面极易发生剥离和分层，导致光纤结构的完整性被破坏，严重影响了光纤的长期功能稳定性和可靠性。

  近期，东华大学朱美芳教授团队针对传统多层结构水凝胶光纤在植入后因组织微运动而易发生界面剥离的关键难题，提出了一种极具创新性的解决方案。通过原位动态聚合纺丝技术，成功构建了一种具有稳定融合界面的水凝胶光纤（AHO）（图1）。在纺丝过程中，皮层和芯层材料经由同轴喷丝头同步挤出、同时成型。通过协同的共价交联与物理交联作用，界面处形成了互穿的聚合物网络，从根本上解决了传统多层水凝胶光纤因仅依赖物理贴合而导致界面结合力弱、易在体内受到微动而被破坏的难题。

  对于需要长期植入的光遗传学应用而言，界面相互作用的稳定性直接决定了其功能性与可靠性。图2展示了如何通过官能团设计实现皮层与芯层的双重交联；继而描绘了原位动态聚合纺丝这一工艺创新的过程。在此基础上，通过力学性能数据（界面韧性16.28 J/m2）对界面强度进行了定量表征。它有力地证明了通过原位动态聚合纺丝技术，成功构建了具有分子尺度融合界面的水凝胶光纤，为解决柔性植入式光纤的界面失效问题提供了坚实的理论和实验基础。

  2026年2月19日，该工作以“In Situ Dynamic Polymerization Spinning of All-Hydrogel Optrode with Stable Syncretic Interface for Long-Term Tolerance of Tissue Micromotion”为题发表在《ACS Nano》上（ACS Nano 2026, 20, 8, 7117–7126）。陈国印为论文通讯作者，潘弘宇、郑佳豪为共同第一作者。

图1 水凝胶光纤皮芯界面在植入后组织微运动下的失效机制示意图，及其通过原位动态聚合构建AHO稳定融合界面

图2 AHO的机械性能（a）微运动下两根纤维界面变化的示意图;（b）OWHF和（c）AHO经模拟微运动载荷后皮-芯界面的光学显微镜示意图;（d）剥离曲线，力/宽度与位移的关系；以及（e）三个界面相互作用不同样品的界面韧性;（f）干燥和湿润的AHO的应力-应变曲线;（g）干燥湿润的AHO的伸长率、拉伸强度及杨氏模量;（h）AHO与其他纤维拉伸强度及杨氏模量的比较图。

  综上所述，本研究通过原位动态聚合纺丝技术，从分子层面构建了稳定的皮-芯层融合界面，成功攻克了水凝胶光纤在体内因组织微运动而界面失效的关键瓶颈。其综合表现出稳定的界面结构、优异的机械性能、较低的炎症反应以及在生理环境下的稳定光遗传能力，为在深层组织光医学应用方面展现出巨大潜力。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c19710