川大熊锐/中大吴嘉宁AM：梯度扭曲胶合板结构增强的仿生结构水凝胶

主要观点总结

研究人员通过结合结构工程与分子工程，在多尺度上重建类似生物组织的梯度扭曲胶合板结构，成功制备出具有高强度、高模量、高韧性的生物合成水凝胶。该水凝胶通过梯度扭曲胶合板结构与分子工程相结合的方法制备，展现出出色的力学性能，包括高强度（46 ± 3 MPa）、高模量（496 ± 25 MPa）和高韧性（170 ± 14 MJ · m −3）。同时，该水凝胶还具备优异的抗疲劳和抗冲击性能。这一研究为工程水凝胶的应用提供了新的思路和方法。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

传统合成水凝胶因机械脆性较大，在承载应用时存在局限。研究人员常采用构建双网络的方法提升其断裂韧性，但同时大幅提升强度、模量和韧性仍是艰巨任务。天然结构水凝胶如甲壳类动物外骨骼具有多层次结构，表现出看似矛盾的特性组合。

关键观点2: 研究亮点

1. 通过梯度扭曲胶合板结构与分子工程相结合的方式，成功制备出具有仿生层次结构的生物合成水凝胶，具备出色的力学性能。2. 所制备的水凝胶展现出高强度、高模量、高韧性，同时具备高疲劳阈值和优越的冲击阻力。这些性能的同时出现在一种合成水凝胶中较为罕见。3. 该水凝胶设计具备可编程形状变形能力，通过控制梯度扭曲胶合板的结构和成分来实现水凝胶形状的控制。4. 详述了水凝胶在微观、纳米和分子层面上的多重增强和增韧机制。

关键观点3: 制备方法

采用蒸发诱导胆甾相液晶自组装技术制备均匀柔韧的扭曲胶合板结构固体薄膜。CNC与PVA间广泛存在的氢键构建起可重构的PVA网络，该网络装饰于扭曲胶合板CNC骨架之上。完成分子工程后，使用硫酸铵溶液处理梯度结构薄膜，形成水凝胶。

关键观点4: 文章细节

该工作以“Biomimetic Structural Hydrogels Reinforced by Gradient Twisted Plywood Architectures”为题发表于《Advanced Materials》上。文章包含对梯度结构水凝胶的设计与组装、结构与分子表征、拉伸性能、抗疲劳和抗冲击性能的详细描述。