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  生物組織，如肌腱或軟骨，具有很高的強度和韌性，并且在經歷形變后仍能維持極小的塑性形變。相比之下，目前常用的增強增韌水凝膠的策略普遍利用基于物理鍵的能量耗散機制，這會導致較大的塑性形變，從而限制了它們作為承重部件的應用。

  鑒于此，芬蘭阿爾托大學的研究人員提出了一種利用含有纖維網絡的互連雙網絡（fibrillar connected double networks, fc-DN）增強增韌水凝膠的策略。他們合成了一種水凝膠，其中聚丙烯酰胺網絡和丙烯酸酯改性瓊脂糖纖維網絡通過化學鍵牢固結合。這一設計使應力能夠在兩個網絡之間有效傳遞，在形變過程中實現瓊脂糖纖維沿應變方向高度取向排列，并增強了瓊脂糖分子鏈抽出效應，兩者共同促成了水凝膠的高強度（8 MPa）和高韌性（55 MJ m^-3），而化學交聯則確保水凝膠在經歷高應變后能保持低塑性形變。相關研究成果以題為“Toughening hydrogels with fibrillar connected double networks”發表在《Advanced Materials》上。本文的通訊作者為阿爾托大學張航研究員，第一作者為阿爾托大學博士研究生Yu-Huang Fang。 

文章要點

  1. 利用丙烯酸酯改性瓊脂糖（AcAG）纖維作為大分子交聯劑，以丙烯酰胺為單體，合成了一種互連雙網絡水凝膠（fc-DN）。

圖1. 丙烯酸酯改性瓊脂糖/聚丙烯酰胺fc-DN水凝膠。

  3. 原位SAXS證明，在fc-DN形變過程中，瓊脂糖纖維沿應變方向的取向度比傳統纖維雙網絡(f-DN)的更高。網絡間的化學鍵提高了界面強度，有助于應力傳遞。

圖2. 循環拉伸測試和原位SAXS表征。

  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202402282