Angew. Chem. ：基于Hofmeister效应实现超分子水凝胶的动态自组装

在生命体系中，离子无处不在，它们精妙地调控着蛋白质等生物分子的动态聚集。但在人工超分子材料中，离子特异效应过去多被用来做“静态”结构控制，很难像生物系统那样实现真正的动态调节。华东理工大学王义明研究员和轩福贞教授在最新工作“Harnessing the Hofmeister Effect for Dynamic Self-Assembly of Supramolecular Hydrogels”展示了如何利用古老的Hofmeister效应实现超分子水凝胶的动态自组装：他们将尿素酶催化的尿素水解反应与低分子量凝胶因子的自组装巧妙耦合，使水凝胶实现Gel1（酸性自组装水凝胶）→溶液→Gel2（离子触发水凝胶）的动态转变，且转变时间和最终凝胶强度都可灵活调节。

Hofmeister效应介导的超分子动态自组装

Hofmeister效应是19世纪发现的“离子调控法则”—不同阴离子对分子在水中的“盐析/盐溶”能力截然不同：CO₃²^–、SO₄^2-这类盐析离子（kosmotropic ions）可削弱分子周围的水化壳，促使其聚集，而SCN^–、I^–等盐溶离子（chaotropic ions）则相反。研究团队首先系统验证了这一规律：在碱性环境下，CO₃^2-、SO₄²^–能驱动去质子化的凝胶因子3b快速自组装，生成高模量Gel2；这为“离子触发自组装”奠定了物理化学基础。

不同离子对于3b自组装的影响

随后他们把尿素酶-尿素反应嵌入体系：反应释放的NH₃抬升pH，将质子化纤维Gel1“拆”成溶液；与此同时逐步累积的NH⁴⁺/CO₃^2-又立即施展前述Hofmeister效应，让去质子化分子原位重组装回Gel2，从而实现无需外部干预的Gel1→溶液→Gel2动态变化。通过调节尿素或酶浓度，转变时间可在40-108 min精准编程，Gel2储能模量G′亦可在3-86 kPa间调控；而在去离子水或拮抗离子SCN^–作用下，Gel2又能按需崩解并瞬时释放负载客体分子。该工作为离子-化学双驱动的动态软材料与可编程药物递送开辟了全新范式，为仿生自调节材料设计提供了重要启示，同时对理解自然界中耐盐性生物的耐盐分子机制具有借鉴意义。

Gel1→溶液→Gel2动态转变

论文信息

Harnessing the Hofmeister Effect for Dynamic Self-Assembly of Supramolecular Hydrogels

Hongwang Tang, Yuliang Gao, Jiahao Zhang, Zhongqi Li, Qi Gao, Peiwen Cai, Xinyu Chen, Xuhong Guo, Jan H. van Esch, Yiming Wang, Fu-Zhen Xuan

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202505417