水凝胶的软可拉伸拓扑粘附策略：实现力学性能无损的柔性集成

为解决传统拓扑粘附(STA)方法中高模量粘附层限制水凝胶力学性能的问题，研究人员开发了基于长链柔性缝合聚合物的软可拉伸拓扑粘附(SSTA)策略。该研究通过稀疏交联的聚丙烯酰胺(PAAm)缝合聚合物形成拓扑缠结，实现了800%拉伸下稳定的粘附能，且不改变水凝胶的应力-应变曲线、模量和断裂伸长率。这项发表于《Extreme Mechanics Letters》的工作为柔性电子、软体机器人等领域的集成提供了新范式。

　　

在柔性电子和软体机器人快速发展的时代，水凝胶作为典型的软材料面临着关键集成难题。传统"超级胶水"氰基丙烯酸酯虽能形成强拓扑缠结，但其刚性粘附层会严重限制水凝胶的拉伸性能；现有可拉伸拓扑粘接(STA)方法虽改善拉伸性，但粘接层模量仍比水凝胶高1-3个数量级，导致应力集中、模量异常升高和断裂伸长率下降等力学性能劣化。如何实现既保持粘接强度又不影响本体性能的"隐形"粘接，成为制约柔性器件发展的瓶颈问题。

浙江大学的研究团队在《Extreme Mechanics Letters》发表突破性解决方案，提出软可拉伸拓扑粘附(SSTA)新策略。该工作创新性地采用稀疏交联的聚丙烯酰胺(PAAm)长链作为缝合聚合物，通过优化交联密度使其既能与基体网络形成有效拓扑缠结，又保持足够柔韧性。关键技术包括：单轴/循环拉伸测试评估粘接稳定性，应力-应变曲线对比分析力学性能影响，以及基于NaCl掺杂体系的离子电导率测试。特别选用丙烯酰胺(AAm)、丙烯酸(AA)和二甲基丙烯酰胺(DMA)三种单体进行系统比较，所有水凝胶基体均通过标准自由基聚合法制备。

【Results】部分揭示，PAAm缝合聚合物在800%大变形和1000次循环拉伸后仍保持稳定粘附能，且粘接后水凝胶的应力-应变曲线与原始样品完全重合，模量偏差<3%，断裂伸长率保持率>98%。电镜观测显示粘接界面呈现均匀的纳米纤维结构，与理论预测的柔性缠结模型一致。

【Applications of the SSTA Strategy】展示了两个典型应用：电阻式应变传感器在200%应变范围内保持线性电阻响应，灵敏度系数达2.1；软体夹持器能稳定抓取不规则物体，经500次开合循环后粘接界面无损伤。特别值得注意的是，基于NaCl的离子导电体系在粘接后电导率仅下降5%，证明湿滑界面能有效维持离子迁移。

【Conclusion】部分强调，该研究首次实现"力学性能零干扰"的拓扑粘接，其核心突破在于缝合聚合物链长与交联密度的精确调控。Zheng Jia团队通过系统实验证实，当PAAm分子量>1×10⁶ Da且交联剂浓度<0.05mol%时，可同时满足"强粘接"与"软界面"的双重要求。这项工作不仅为柔性器件的集成提供新方法，其揭示的"模量匹配"原则对生物组织工程、可穿戴医疗设备等领域具有重要指导意义。正如通讯作者Daochen Yin指出，SSTA策略的成功关键在于跳出传统粘接的强度优先思维，转而追求力学性能的和谐统一。