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  生物組織，如肌腱或軟骨，具有很高的強度和韌性，并且在經(jīng)歷形變后仍能維持極小的塑性形變。相比之下，目前常用的增強增韌水凝膠的策略普遍利用基于物理鍵的能量耗散機制，這會導(dǎo)致較大的塑性形變，從而限制了它們作為承重部件的應(yīng)用。

  鑒于此，芬蘭阿爾托大學(xué)的研究人員提出了一種利用含有纖維網(wǎng)絡(luò)的互連雙網(wǎng)絡(luò)（fibrillar connected double networks, fc-DN）增強增韌水凝膠的策略。他們合成了一種水凝膠，其中聚丙烯酰胺網(wǎng)絡(luò)和丙烯酸酯改性瓊脂糖纖維網(wǎng)絡(luò)通過化學(xué)鍵牢固結(jié)合。這一設(shè)計使應(yīng)力能夠在兩個網(wǎng)絡(luò)之間有效傳遞，在形變過程中實現(xiàn)瓊脂糖纖維沿應(yīng)變方向高度取向排列，并增強了瓊脂糖分子鏈抽出效應(yīng)，兩者共同促成了水凝膠的高強度（8 MPa）和高韌性（55 MJ m^-3），而化學(xué)交聯(lián)則確保水凝膠在經(jīng)歷高應(yīng)變后能保持低塑性形變。相關(guān)研究成果以題為“Toughening hydrogels with fibrillar connected double networks”發(fā)表在《Advanced Materials》上。本文的通訊作者為阿爾托大學(xué)張航研究員，第一作者為阿爾托大學(xué)博士研究生Yu-Huang Fang。 

文章要點

  1. 利用丙烯酸酯改性瓊脂糖（AcAG）纖維作為大分子交聯(lián)劑，以丙烯酰胺為單體，合成了一種互連雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠（fc-DN）。

圖1. 丙烯酸酯改性瓊脂糖/聚丙烯酰胺fc-DN水凝膠。

  3. 原位SAXS證明，在fc-DN形變過程中，瓊脂糖纖維沿應(yīng)變方向的取向度比傳統(tǒng)纖維雙網(wǎng)絡(luò)(f-DN)的更高。網(wǎng)絡(luò)間的化學(xué)鍵提高了界面強度，有助于應(yīng)力傳遞。

圖2. 循環(huán)拉伸測試和原位SAXS表征。

  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202402282