受水母中胶层启发的层状膜网络构建高含水强韧水凝胶

《Advanced Materials》：Ultrahigh-Water-Content yet Robust Hydrogels Enabled by Bioinspired Laminated Membranous Network

本研究针对高含水水凝胶机械性能差的难题，受水母中胶层（mesoglea）独特结构的启发，开发了一种具有层状膜网络（LMN）的壳聚糖水凝胶。通过蒸发诱导相分离构建随机膜网络，并结合面内拉伸与氢氧化钠处理实现膜的排列与结晶。所得水凝胶兼具超高含水量（91.8 wt.%）与卓越力学性能（模量5.2 MPa，强度6.5 MPa），突破了传统水凝胶性能的权衡限制，为高性能结构生物材料的设计提供了新思路。

　　

水凝胶（Hydrogels）作为一种富含水的聚合物网络，是重要的结构生物材料。然而，含水量越高的水凝胶网络通常机械鲁棒性越差，表现为质地柔软和断裂应力低。有趣的是，水母的中胶层（mesoglea）却展现出高刚度、高强度与超高含水量的反常组合。

研究发现，水母中胶层拥有长程有序的层状膜网络（laminated membranous network）。该结构的特征在于膜平面内的晶体取向，以及在膜连接处跨越的胶原蛋白链。这种层状膜网络有利于抵抗形变，并能传递和分散应力，从而最终实现良好的机械鲁棒性。

受此启发，研究人员通过预构建随机膜网络（采用蒸发诱导相分离法），再结合面内拉伸和氢氧化钠处理对膜进行排列与结晶，成功制备出具有类水母中胶层网络的壳聚糖（chitosan）水凝胶。获得的水凝胶表现出高模量（5.2 MPa）和高强度（6.5 MPa），同时含水量高达91.8 wt.%，其性能超越了其他合成乃至天然生物水凝胶。

这项工作不仅提出了一个创新的结构概念，也为制备能够克服良好机械鲁棒性与超高含水量之间传统矛盾的水凝胶，提供了一条可行的路径。