在极端低温条件下，死海的水体依然保持流动性，这一现象被称为“死海效应”。受此启发，大连理工大学董旭峰教授团队开发了一种多重交联网络离子导电水凝胶，通过模拟无机盐与高分子链的协同作用，解决了传统水凝胶在机械强度、低温脆性和抗菌性上的瓶颈。这种水凝胶不仅拉伸强度高达8.93 MPa，还能在-30°C下保持柔韧，并可实时监测人体运动信号。该工作以“Super Tough Anti-freezing and Antibacterial Hydrogel with Multi-crosslinked Network for Flexible Strain Sensor”为题发表在《SMALL》上（Small, 2024, 2407870）。大连理工大学硕士生刘慧敏、博士生关世强以及王鹏伟副教授为论文的共同作者。

设计核心：氢键+金属配位，打造“钢筋铁骨”网络

1. 灵感来源：死海效应的科学延伸

• 氢键网络：PA的12个羟基（-OH）与聚乙烯醇（PVA）链形成密集氢键，如同“分子间的握手”，增强韧性。
• 金属配位键：Ca2?与海藻酸钠（SA）的羧基（-COO?）结合，形成高强度交联点，赋予水凝胶“钢筋骨架”。

2. 甘油协同抗冻：锁住自由水，低温不“罢工”

图1 多重交联PSP-CG水凝胶机理图

性能亮点：强韧、抗冻、抗菌“全能选手”

1.机械性能：能“扛”能“打”，循环6000次不疲劳

• 拉伸强度8.93 MPa，断裂伸长率859.93%，韧性达39.92 MJ/m3（图2）。
• 6000次加载-卸载循环后，能量耗散稳定，抗疲劳性媲美工程材料。

图2 PSP-CG水凝胶的机械特性

2.抗冻性能：-30°C仍可弯折拉伸

图3 PSP-CG水凝胶再低温环境下的机械特性

• CaCl?破坏细菌细胞膜电位，PA螯合金属离子抑制代谢（图4）。
• 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达36.64%和59.73%，长期存放无霉变。

图4 PSP-CG水凝胶的抗菌性

4. 高灵敏度应变传感：响应时间仅126 ms

图5 PSP-CG水凝胶对人体不同部位的运动信号检测

应用前景：柔性电子的“全能载体”

  1.可穿戴设备：贴合皮肤监测心率、呼吸等生理信号。

  2.软体机器人：低温环境下稳定驱动的“人工肌肉”。

  3.医疗传感：抗菌特性降低感染风险，适用于伤口敷料。

  4.极端环境探测：极地科考或深海设备的柔性传感器。

  该研究通过仿生设计与多交联网络创新，成功突破水凝胶的性能边界。未来，团队计划进一步优化导电性与响应速度，探索其在智能医疗、人机交互等领域的深度应用。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202407870