盡管在創造具有瞬態特性的耗散材料（如水凝膠和活性液滴）方面取得了進展，但其套用仍局限於結構特性的時間變化。開發電子功能以化學反應周期為參數的失衡材料具有挑戰性。然而，這類材料是構建仿生物材料所必需的。傳統的化學反應迴圈利用的是熱力學平衡狀態下的分子溶解構築模組，與此不同，我們展示了由 反應性萘二甲酰亞胺（NDI）構築模組衍生的纖維結構可用作靜止狀態 ，在添加化學燃料後形成遠離 平衡狀態的導電水凝膠。在為NDI衍生纖維添加燃料時，透過動力學分析推斷出了一種雙組分活化和失活途徑 ，而使用分子溶解靜止態時則不存在這種途徑。利用低溫電子顯微鏡對整個燃料驅動反應迴圈過程中形成的結構的固態形態進行調查後發現，靜態熱力學纖維演變成了瞬時較粗的纖維和層狀超結構 。我們的研究表明，瞬態氧化還原活性水凝膠在燃料消耗後電導率增加了近三倍 ，數小時後又恢復到原來的值。這些遠離平衡的材料是可編程生物機器人和化學計算等套用的潛在候選材料。
圖文簡介
A ) 12 mM NDI-QA-C6-ACID在0.2 M MES緩沖液( pD = 4 )和6 eq.EDC燃料中反應迴圈得到的動力學1H-NMR譜圖。左面板顯示了與羧酸NDI-QA-C6-ACID前體( a和a ')和瞬態NDI二聚酸酐( b和b ')的芳香峰相關的質子共振。右面板描述了與EDC燃料和EDU廢物有關的三重態質子共振。B )透過非線性最小平方法擬合6 eq，8 eq和11 eq的EDC燃料的1H-NMR實驗，計算了參與反應迴圈( Ac、An、EDC、EDU)的所有物種的動力學軌跡。
A )對3 mM NDI-GA-C6-ACID在D2O中進行2D-NOESY 1 H-NMR實驗，以闡明預組裝單元之間的空間交互作用。B )對NDI-GA-C6-ACID的纖維結構進行了分子動力學模擬.
A )在12 mM NDI-GA-C6-ACID溶液緩沖系統中記錄冷凍電鏡影像。B )在3 mM NDI-GA-C6-ACID溶液緩沖體系中獲得冷凍電鏡影像。C )對12 mM NDI-GA-C6-ACID的纖維寬度進行統計分析，從cryo-EM影像中獲得的纖維平均寬度為7.2 nm ( Ν = 100 )。D )統計分析3 mM NDI-GA-C6-ACID的纖維寬度，從cryo-EM影像中獲得，纖維平均寬度為7.7 nm ( Ν = 200 )。
以預組裝的NDI-GA-C6-ACID組裝體為靜息態的反應迴圈示意圖
A )在加入EDC前、加入EDC後2小時和24小時記錄EDC催化的反應迴圈的迴圈伏安圖。B )添加燃料前後不同時間點記錄的奈奎斯特圖。C )在反應迴圈過程中測量的隨時間變化的電導率。D ) EIS實驗的示意圖，描述了電化學電池電極之間發生的過程。實驗條件：6 mM NDI-GA-C6-Acid，5 eq .的EDC燃料，0.2 M的MES緩沖液，T = 20 ˚C，參比電極：Ag / AgCl ( 3 M Na Cl)；工作電極：玻碳電極。
論文資訊
原文連結： https://doi.org/10.1002/anie.202417109
通訊作者：Jean-Hubert Henry Olivier
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