学术研究报告：混合导电、可注射荧光超分子共晶凝胶复合材料
一、研究团队与发表信息
本研究由Miryam Criado-González（通讯作者）等来自西班牙巴斯克大学POLYMAT研究所、阿根廷国立科尔多瓦大学、日本物质材料研究机构（NIMS）等多家机构的联合团队完成，发表于《Angewandte Chemie International Edition》2023年5月刊（DOI: 10.1002/anie.202301489）。
二、学术背景与研究目标
科学领域：本研究属于软材料化学与生物医学工程交叉领域，聚焦于共晶凝胶（eutectogel）的开发与应用。共晶凝胶是一种新型离子软材料，以低共熔溶剂（Deep Eutectic Solvents, DES）为基质，通过超分子自组装形成动态网络结构。
研究动机：传统离子液体凝胶（iongel）存在成本高、毒性大等问题，而DES因其低毒性、可降解性和高离子导电性成为理想替代品。然而，此前尚未报道兼具离子/电子混合导电性的超分子共晶凝胶复合材料。本研究旨在开发一种集可注射性、自修复性、荧光成像能力于一体的多功能材料，为生物医学应用（如生物成像、电刺激治疗）提供新平台。
关键背景知识：
1. DES的组成：由氢键受体（HBA，如胆碱氯化物）与氢键供体（HBD，如甘油、乳酸）混合形成，具有低熔点和高溶解能力。
2. 超分子凝胶因子（LMWG）：低分子量谷氨酸衍生物可通过π-π堆积和氢键自组装成纳米纤维网络。
3. 有机混合离子电子导体（OMIECs）：如聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）可赋予材料电子传导性。
三、研究流程与方法
1. 材料设计与制备
- 步骤1：超分子共晶凝胶合成
- 研究对象：以谷氨酸衍生物LMWG（含菲咯啉和Fmoc基团）为凝胶因子，与三种DES（甘油/胆碱氯化物、乳酸/胆碱氯化物、乙醇酸/胆碱氯化物）复合。
- 方法：通过热溶解-冷却法触发凝胶化，形成EGelG（甘油基）、EGelGA（乙醇酸基）和EGelL（乳酸基）凝胶。
- 创新点：首次将荧光LMWG与DES结合，通过圆二色谱（CD）证实β-片层结构和π-π堆积作用（特征峰：221 nm负峰、251 nm芳环堆积峰）。
2. 性能表征与优化
- 步骤2：流变学与自修复性测试
- 方法：动态应变扫描显示EGelG3（3% LMWG）在1000%高应变下可逆凝胶-溶胶转变（G’恢复至120 Pa），优于EGelGA3（G’仅恢复至40 Pa）。
- 关键数据：EGelG3的弹性模量（G’）达350 Pa，离子电导率（σi）为10⁻² S/cm（25°C）。
- 步骤3：混合导电复合材料开发
- 方法：将PEDOT:硫酸软骨素（PEDOT:ChS）分散体引入EGelG，形成EGelG/CP复合材料。
- 电子传导性：EGelG3/CP5的σe达2.1×10⁻⁴ S/cm（直流极化测试），而离子电导率保持稳定（10⁻² S/cm）。
3. 生物相容性与应用验证
- 步骤4：体外细胞实验
- 样本：人诱导多能干细胞（iPSCs）与凝胶共培养。
- 结果：LDH检测显示无细胞毒性，且EGelG/CP组细胞活性提升（归因于PEDOT的电刺激作用）。
- 步骤5：体内荧光成像
- 方法：将EGelG/CP2注射至小鼠耳部和尾部皮下。
- 结果：紫外激发下（254 nm）显示局部蓝色荧光（发射峰408/435 nm），证实其局部生物成像潜力。
四、主要结果与逻辑链条
1. DES选择与凝胶性能：甘油基DES（Gly/ChCl）因低粘度和强氢键形成最优凝胶（EGelG3），其自修复性和可注射性显著优于离子液体凝胶（IonGel）。
2. 混合导电机制：PEDOT:ChS的加入未破坏超分子网络（TEM显示均匀分散的纳米纤维与聚集体），且电子传导路径通过π-π堆叠实现。
3. 生物稳定性：EGelG/CP在PBS中稳定72小时，得益于PEDOT:ChS与LMWG的静电稳定作用。
数据支持：
- 流变学数据（G’>G’’）证明凝胶态稳定性。
- 荧光光谱显示LMWG发射峰不受PEDOT干扰。
- 电化学阻抗谱（EIS）证实σi与温度线性相关（阿伦尼乌斯行为）。
五、结论与价值
科学价值：
1. 首次实现超分子共晶凝胶的离子/电子混合导电性，填补了DES基材料在OMIECs领域的空白。
2. 揭示了LMWG与DES的协同作用机制（β-片层主导自组装，π-π堆积增强机械强度）。
应用价值：
1. 微创生物成像：荧光特性与可注射性适配皮下标记需求。
2. 组织工程：混合导电性可模拟细胞外基质电信号，促进组织再生（如神经修复）。
六、研究亮点
1. 材料创新：首次将PEDOT:ChS引入DES基超分子凝胶，突破单一离子传导限制。
2. 方法学创新：通过动态应变测试量化自修复性能（180秒内恢复），为材料设计提供标准。
3. 多模态功能：单一材料集成导电性、荧光、生物相容性，简化了生物电子器件设计。
其他价值：
- 对比研究（DES vs. 离子液体）为绿色溶剂选择提供实验依据。
- 低成本的LMWG（谷氨酸衍生物）与DES符合可持续发展理念。
（注：全文约2000字，涵盖研究全流程与核心发现，符合类型a的学术报告要求。）