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  軟材料如水凝膠可廣泛應用于組織工程、軟體機器人、可穿戴電子等領域。然而大多數傳統水凝膠往往結構均勻無序且交聯松散，導致力學性能差，嚴重阻礙了其實際應用。近年來，通過定向冷凍、磁場或電場、自組裝和機械拉伸制備了各種具有增強力學性能的各向異性水凝膠，但操作復雜且功能單一，且大多水凝膠的力學性能仍然無法與各向異性的天然生物組織如韌帶、肌腱等相媲美。這些生物組織由于其高度有序的分級微觀結構，表現出優異的各向異性力學性能。因此，使用通用而簡單的方法制備具有各向異性結構的強韌水凝膠仍然是一個挑戰。

  受韌帶、肌腱等各向異性生物組織結構啟發，近日，河北工業大學胡寧教授和重慶大學寧慧銘副教授團隊在Materials Horizons上發表了題為“Strong, tough and anisotropic bioinspired hydrogels ”的研究論文。探索了一種新的簡單方法，即一種新型的溶劑交換輔助濕拉伸策略，開發了具有優異力學性能甚至優于生物組織的各向異性纖維基多功能水凝膠。

圖4 增強機理

  該研究報道了一種溶劑交換輔助濕拉伸的協同策略，以開發一種受各向異性生物組織啟發的強韌、高度各向異性的纖維基水凝膠。該策略突破了現有干拉伸方法在調整聚合物構象和結晶用于提高強度和韌性方面的局限性。溶劑交換輔助濕拉伸的設計概念可以應用于各種聚合物，因此目前的策略具有普適性。未來，將進一步研究纖維基水凝膠優異力學性能的機理，并將模擬人體肌肉的層次結構擴展到不同的尺度。作為概念驗證，證明了基于纖維的水凝膠可以用作生物傳感器，這得益于其優異的靈活性、應變傳感能力、長期穩定性和生物相容性。它顯示出良好的線性，在1000%的寬范圍內，應變系數為3.13。這些優點使得基于各向異性纖維的水凝膠在廣泛的應用中極具吸引力，包括生物領域，如人工軟組織材料和用于人體運動監測的生物傳感器。

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/mh/d3mh02032k

通訊作者簡介

胡寧，河北工業大學副校長，教授，博士生導師。獲得過國家海外高層次人才、杰青（B）、國務院政府特貼專家等榮譽。1981-1991年在重慶大學完成本科-博士教育，之后在南京航空航天大學、日本東北大學、清華大學、約翰斯·霍普金斯大學、日本千葉大學等從事科研和教學工作，歷任博士后-助理教授-副教授-教授等，2013年回國時任日本千葉大學教授、機械系主任和人工系統科學專攻長；2013-2019年在重慶大學工作，創建了航空航天學院并任首任院長；2019年調河北工業大學工作。他長期從事計算固體力學、功能·結構納米復合材料、結構和材料的無損檢測和實時監控技術等研究，取得了不少創新性成果。出版英文書籍3部，申請和獲批中日專利20余項，發表期刊論文600余篇，論文被引用20000余次。他長期從事材料力學、復合材料力學、計算力學等課程的教學工作，指導了大量博士和碩士研究生。現任教育部航空航天教學指導委員會委員、中國復合材料學會理事、中國力學學會理事、河北省力學學會理事長、重慶市通用航空學會常務副理事長、日本復合材料學會評議員、十余份國內外期刊的副主編/編委等。

寧慧銘，重慶大學副教授，主要從事復合材料力學，結構和功能復合材料設計制備評價等領域的研究工作。目前已在復合材料領域的一流國際期刊上發表SCI 論文70余篇，申請發明專利10余項，論文他引2000多次。近年來主持和參與了“十三五”裝備預研領域基金，國家自然科學基金以及“兩機”專項基礎研究項目等十余項重要科研項目。

王蜀，西南大學青年教師，主要從事柔性傳感材料及器件、柔性防護結構復合材料、結構功能一體化智能復合材料等領域的研究工作。目前已在Mater. Horiz., Compos.B:Eng.等國際期刊發表論文20余篇，論文他引400余次。近年來主持和參與了國家自然科學基金青年基金，十三五”裝備預研領域基金等科研項目。