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緊扣的莫比烏斯環(huán)形狀的水凝膠。圖片來源：MARGOT LEPETIT

本報(bào)訊 人類皮膚傷口通常能在24小時(shí)內(nèi)自愈，這種神奇能力一直是科學(xué)家們努力模仿的目標(biāo)。如今，芬蘭阿爾托大學(xué)和德國拜羅伊特大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種新型水凝膠，它不僅兼具高硬度與柔韌性，還能像皮膚一樣實(shí)現(xiàn)自愈。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-材料》。

凝膠在我們的生活中無處不在，從發(fā)膠到食品中的膠質(zhì)成分，都能看到它的身影。人類皮膚除具備凝膠般的柔軟特性，還擁有難以復(fù)制的剛性和自愈能力。此前，人工合成的水凝膠要么具備高硬度，要么能實(shí)現(xiàn)自愈，但兩者不可兼得。

研究團(tuán)隊(duì)突破了這一瓶頸，打造出兼具強(qiáng)度、柔韌性與自愈能力的水凝膠，為藥物傳遞、傷口愈合、軟體機(jī)器人傳感器和人造皮膚等領(lǐng)域帶來了新的可能性。

這一創(chuàng)新的關(guān)鍵在于向水凝膠中加入了特殊的超大超薄黏土納米片。這些納米片在水凝膠內(nèi)部形成高度有序的排列，使得聚合物分子在其間形成緊密纏結(jié)，從而大幅提升材料的機(jī)械性能，并賦予其自愈能力。“這個(gè)過程就像烘焙一樣簡單。”在阿爾托大學(xué)從事博士后研究工作的梁晨（音譯）介紹。他將單體粉末與含有納米片的水混合后，置于紫外燈下照射，紫外線輻射促使單個(gè)分子彼此結(jié)合，最終形成一種彈性固體——水凝膠。

研究發(fā)現(xiàn)，這種水凝膠在受損后4小時(shí)內(nèi)可恢復(fù)80%~90%的結(jié)構(gòu)，24小時(shí)后通常能夠完全恢復(fù)。此外，一毫米厚的水凝膠中包含多達(dá)10000層納米片，使其在剛度、拉伸性和柔韌性方面均與人類皮膚相當(dāng)。

“開發(fā)高強(qiáng)度且具備自愈能力的水凝膠一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)，而我們的研究找到了增強(qiáng)傳統(tǒng)軟水凝膠的新機(jī)制，這或許會(huì)徹底改變仿生材料的研發(fā)。”該研究負(fù)責(zé)人、阿爾托大學(xué)研究員張航表示。

阿爾托大學(xué)教授Olli Ikkala總結(jié)道：“這項(xiàng)研究展示了生物材料如何啟發(fā)我們設(shè)計(jì)合成材料，賦予其全新的性能組合。想象一下，未來的機(jī)器人將擁有堅(jiān)固且自我修復(fù)的‘皮膚’，或者人工合成的組織能像生物體一樣自我修復(fù)。”

（宋書扉 馮麗妃)

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41563-025-02146-5