水凝胶由于其与生物组织在构成以及物理特性方面的高度相似性，因而作为生物组织的替代材料而被广泛研究。但由于生物适应型水凝胶本身的水合交联网络，在机械强度上较与强韧组织仍有所不足，使得水凝胶的应用范围有限，并缺乏长期稳定性。针对机械强度的问题，目前的主流思路是参考肌肉纤维群的结构形态，将肌肉纤维有序平行排列的构型引入水凝胶的设计中，从而实现水凝胶沿排列方向的强度跃升，得到强韧的各向异性水凝胶（例如，仿人造肌腱）。这一思路虽可以实现单一方向上水凝胶在拉伸性能及粗糙度上的数倍提升，但会同时牺牲垂直方向的机械强度，造成垂直方向上强度的减少，这一特点虽然与肌肉组织契合度高，满足肌肉组织替代上的强度要求，但却难以胜任不规则结缔组织，如关节囊的纤维膜，在强度上的需求。这一类组织不同于肌肉纤维的有序排列，其纤维互相交织，可抵抗多方向的过度拉伸和扩张，因而对于组织材料各个方向上的强度都有所要求，这种各向同性的高机械强度性质，目前还未在水凝胶设计上得到实现。

  近期，受贻贝足蛋白 (Mfps) 的动态胺-儿茶酚相互作用的启发，阿尔伯塔大学曾宏波教授团队开发了一种创新策略，将 Mfps 共轭物作为弹性连接结合到聚乙烯醇 (PVA) 基质中，实现了水凝胶材料的仿结缔组织结构和各向同性的超强韧性。相关工作以 “Poly(vinyl alcohol) (PVA)-based Hydrogel Scaffold with Isotropic Ultra-toughness Enabled by Dynamic Amine-Catechol Interactions” 为题，发表于《Chemistry of Materials》。阿尔伯塔大学曾宏波教授（加拿大工程院院士）为论文通讯作者，水涛博士为本论文的第一作者，潘鸣飞博士为本论文的共同第一作者。该论文得到了加拿大自然科学和工程研究委员会等项目的资助。

图一. PDTy-PVA水凝胶的设计思路以及双交联网络的形成机制

图二. PDTy-PVA水凝胶的拉伸强度和韧性

图三. PDTy-PVA水凝胶的多方向机械性能和水下黏附功能

图四. PDTy-PVA水凝胶的弹性研究、pH响应性和破损修复性能

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c01582