哈佛大学的一支多学科团队创造了一种非常坚硬且弹性的凝胶，这也是生物相容性和自我修复的。
本身，聚丙烯酰胺凝胶（A）和藻酸盐凝胶（B）很脆。然而，新的水凝胶（C）具有更复杂的分子结构，有助于在整个区域散发压力。红色圆圈代表钙离子，蓝色三角形和绿色正方形代表链之间的共价交联。（图片由Jeong-Yun Sun和Widusha R. K. Illeperuma提供。）
这些品质使凝胶成为人类关节中软骨受损的潜在替代品，并为组织工程和医学的新机会铺平了道路。这种水性凝胶可拉长21倍的原始长度。
研究人员描述了自然杂志中水凝胶的特性和合成技术。研究人员使用了两种常见聚合物，即聚丙烯酰胺和藻酸盐，以合成坚硬的新水凝胶。另外，聚丙烯酰胺和藻酸盐是弱凝胶。但是，当聚合物以8：1的比率混合时，它们会产生一个复杂的交联链网络，链条相互加强。该网络的化学结构使分子能够在巨大的区域中温和地崩解，而不是让凝胶断裂。
凝胶的藻酸盐部分包含聚合物链，它们相互产生弱离子键，在过程中拘留在水中引入水中的钙离子。当凝胶扩展时，由于某些弱离子键断裂，这些钙离子会释放，从而导致凝胶膨胀至一点点，但是，聚合物链本身保持在一起。
同时，聚丙烯酰胺链创建了一个网格样结构，与藻酸盐链共价连接。因此，当凝胶在延伸时经历很小的裂纹时，聚丙烯酰胺网格促进了拉力在巨大区域的分布，从而将藻酸盐的离子键随机拉动并破坏。
新水凝胶的关键特征是它在许多伸展运动中保持其韧性和弹性的能力。钙和藻酸盐之间的弱离子键可以在拉伸之间的放松时间重聚。研究人员已经证明了通过增加环境温度来加速这一过程的可能性。
根据研究人员的说法，新的水凝胶可以用作研究水凝胶机制的模型系统。新材料具有光学，软机器人和人造肌肉的潜力，可保护伤口，以及需要极度弹性和坚硬水凝胶的区域。
来源：http://www.seas.harvard.edu