近些年来，水凝胶光纤在生物传感器、光遗传学、光治疗领域受到了广泛的关注。相比于传统的高分子或玻璃光纤，具有皮芯结构的水凝胶光纤具有更为优异的组织相容性和光学性能，因而是植入式医用光纤的首选材料。
对于植入式光纤而言，最重要的性能包括光透过率、皮芯界面处的全反射效率以及机械性能（模量和强度）。因此，具有交联结构的无定形高分子水凝胶纤维十分适合用于制备光纤。尽管目前已经开发出静电纺丝、3D打印、挤出成型、微流道加工和模板法等多种方法生产水凝胶纤维，然而同时具有高光学性能、力学性能的皮芯结构光纤的大规模连续化生产仍然是一个挑战。实现上述要求的三大挑战是：1）在纺丝过程中同步实现水凝胶网络的生成；2）由于皮芯材料流变学特性的差异所带来的非平衡纺丝状态；3）如何选择合适的皮芯材料以实现界面处的全反射。
借鉴目前用于聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）的动态交联湿法纺丝工艺以及微流道纺丝工艺，东华大学朱美芳院士课题组进一步开发了可用于制备多种皮芯结构水凝胶光纤的集成式光引发动态湿法纺丝工艺。该工艺可为多种水凝胶皮芯纤维体系提供对纤维直径、机械性能、光学性能的精确控制。上述成果以“Integrated dynamic wet spinning of core-sheath hydrogel fibers for optical-to-brain/tissue communications”为题发表于《National Science Review》。
通过结合湿法纺丝和光自由基聚合，本文提供了一种具有泛用性和的大规模生产能力的皮芯结构水凝胶纤维加工方法。该方法不但适用于多种水凝胶材料，还能够提供对纤维内外径、透光度、折光指数、力学性能等多个参数的控制。通过上述方法制备的皮芯水凝胶光纤被成功用于深层组织的肿瘤光热治疗和光遗传学实验。因而该方法在光学治疗、传感、光遗传学等多个领域都具有广泛的应用前景。
