软材料如水凝胶可广泛应用于组织工程、软体机器人、可穿戴电子等领域。然而大多数传统水凝胶往往结构均匀无序且交联松散，导致力学性能差，严重阻碍了其实际应用。近年来，通过定向冷冻、磁场或电场、自组装和机械拉伸制备了各种具有增强力学性能的各向异性水凝胶，但操作复杂且功能单一，且大多水凝胶的力学性能仍然无法与各向异性的天然生物组织如韧带、肌腱等相媲美。这些生物组织由于其高度有序的分级微观结构，表现出优异的各向异性力学性能。因此，使用通用而简单的方法制备具有各向异性结构的强韧水凝胶仍然是一个挑战。

  受韧带、肌腱等各向异性生物组织结构启发，近日，河北工业大学胡宁教授和重庆大学宁慧铭副教授团队在Materials Horizons上发表了题为“Strong, tough and anisotropic bioinspired hydrogels ”的研究论文。探索了一种新的简单方法，即一种新型的溶剂交换辅助湿拉伸策略，开发了具有优异力学性能甚至优于生物组织的各向异性纤维基多功能水凝胶。

图4 增强机理

  该研究报道了一种溶剂交换辅助湿拉伸的协同策略，以开发一种受各向异性生物组织启发的强韧、高度各向异性的纤维基水凝胶。该策略突破了现有干拉伸方法在调整聚合物构象和结晶用于提高强度和韧性方面的局限性。溶剂交换辅助湿拉伸的设计概念可以应用于各种聚合物，因此目前的策略具有普适性。未来，将进一步研究纤维基水凝胶优异力学性能的机理，并将模拟人体肌肉的层次结构扩展到不同的尺度。作为概念验证，证明了基于纤维的水凝胶可以用作生物传感器，这得益于其优异的灵活性、应变传感能力、长期稳定性和生物相容性。它显示出良好的线性，在1000%的宽范围内，应变系数为3.13。这些优点使得基于各向异性纤维的水凝胶在广泛的应用中极具吸引力，包括生物领域，如人工软组织材料和用于人体运动监测的生物传感器。

  原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/mh/d3mh02032k

通讯作者简介

胡宁，河北工业大学副校长，教授，博士生导师。获得过国家海外高层次人才、杰青（B）、国务院政府特贴专家等荣誉。1981-1991年在重庆大学完成本科-博士教育，之后在南京航空航天大学、日本东北大学、清华大学、约翰斯·霍普金斯大学、日本千叶大学等从事科研和教学工作，历任博士后-助理教授-副教授-教授等，2013年回国时任日本千叶大学教授、机械系主任和人工系统科学专攻长；2013-2019年在重庆大学工作，创建了航空航天学院并任首任院长；2019年调河北工业大学工作。他长期从事计算固体力学、功能·结构纳米复合材料、结构和材料的无损检测和实时监控技术等研究，取得了不少创新性成果。出版英文书籍3部，申请和获批中日专利20余项，发表期刊论文600余篇，论文被引用20000余次。他长期从事材料力学、复合材料力学、计算力学等课程的教学工作，指导了大量博士和硕士研究生。现任教育部航空航天教学指导委员会委员、中国复合材料学会理事、中国力学学会理事、河北省力学学会理事长、重庆市通用航空学会常务副理事长、日本复合材料学会评议员、十余份国内外期刊的副主编/编委等。

宁慧铭，重庆大学副教授，主要从事复合材料力学，结构和功能复合材料设计制备评价等领域的研究工作。目前已在复合材料领域的一流国际期刊上发表SCI 论文70余篇，申请发明专利10余项，论文他引2000多次。近年来主持和参与了“十三五”装备预研领域基金，国家自然科学基金以及“两机”专项基础研究项目等十余项重要科研项目。

王蜀，西南大学青年教师，主要从事柔性传感材料及器件、柔性防护结构复合材料、结构功能一体化智能复合材料等领域的研究工作。目前已在Mater. Horiz., Compos.B:Eng.等国际期刊发表论文20余篇，论文他引400余次。近年来主持和参与了国家自然科学基金青年基金，十三五”装备预研领域基金等科研项目。