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  分子的自組裝是生物系統中最常見的一種現象，能夠實現多功能結構的構筑，從而應對復雜的外部環境。通過向大自然學校，科學家們利用分子之間的相互作用力能夠實現分子之間的自組裝，然而人工實現的分子自組裝體大多為熱力學平衡態下的產物。實際生命體中的分子自組裝則多是在需要外界能量如光、電、磁等的驅動下完成的，是一種需要消耗能量的耗散自組裝（Dissipative self-assembly），通過能量的消耗來維持非平衡態的功能狀態。一般情況下，要實現耗散自組裝需要至少兩個反應或者過程，以及材料的兩種狀態來實現一個完整的循環，也就是通過能量的引入遠離平衡態，通過能量的耗散來恢復到初始態。

  在已報到的一些人工合成的耗散自組裝系統中，材料通常表現出較差的機械性能。南方科技大學的蔣偉教授課題組在最新一期的Nature Chemistry報告了一種通過施加剪切力誘導的瞬態水凝膠。該材料具有高度的可拉伸性能和自修復性能。作者使用聚乙二醇通過氫鍵作用穿插聚呋喃輪烷構筑長鏈的管狀高分子結構，并通過加入Cu（ii）作為高分子配位位點，從而實現材料的構筑。

本文亮點

1. 劇烈搖動帶來的剪切力會將溶液轉變成凝膠，隨著時間的推移逐漸松弛回溶膠狀態。

2. 材料的耗散自組裝過程取決于剪切力誘導的從鏈內到鏈間配位以及熱弛豫的轉變。

3. 由于分子管在聚乙二醇鏈上的“摩擦”滑動，非平衡態的水凝膠具有高度可拉伸的性能。

圖1. 材料的化學結構以及凝膠過程

圖2. 剪切力誘導凝膠過程

圖 3. 分子間的親和力以及自組裝的驅動力

圖 4. 剪切力誘導及熱弛豫機理 

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-019-0235-8