在生物医学领域，尽管合成水凝胶因其生物相容性和可调节性能受到广泛关注，但传统水凝胶往往难以同时实现高强度和自愈能力，这限制了其在组织工程和再生医学中的应用。与此同时，纳米复合材料领域通过纳米限制策略，探索如何在宏观尺度下实现材料性能的显著提升，例如增强的拉伸性、断裂应变和韧性。
在2025年2月26日，日本北海道大学龚剑萍教授再次创新PAMPS/PAAm DN凝胶体系，通过引入弱化学键作为牺牲键，实现了在变形过程中快速形成新网络，从而显著增强了材料的抗裂性和自愈能力，设计了一种可在机械变形过程中快速自我增强的双网络水凝胶。
IF=37.2!《Nature大子刊》，龚剑萍团队突破性进展：双网络水凝胶自增强
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在本研究中，
阿尔托大学张航、Olli Ikkala和拜罗伊特大学Josef Breu
等人
通过构建共平面纳米限制结构，并结合原位形成的高纠缠聚合物网络，成功开发的水凝胶不仅具有高达50 MPa的模量和4.2 MPa的拉伸强度，还展现出高达100%的自愈效率。
不仅在生物医学领域具有潜在应用价值，还在智能材料和软体机器人领域展现出广阔的应用前景，为未来高性能、多功能材料的研发提供了新的思路和方向。
这两篇文章都成功地将高强度与自愈能力结合在一起，解决了传统材料中强度与自愈能力难以兼得的问题。
1.主要内容
图1 纳米限制水凝胶的设计与制备
通过在合成的高浓度单体溶液中引入完全剥离的合成蒙脱石纳米片（hectorite），并利用剪切力将其定向排列成宏观单畴结构，实现了聚合物链在纳米片之间的共平面限制。
这种结构设计使得聚丙烯酰胺（PAAm）网络在纳米片的限制下形成高度纠缠的物理凝胶，从而显著提高了水凝胶的模量（高达50 MPa）和拉伸强度（高达4.2 MPa）。此外，通过透射电子显微镜（TEM）和小角X射线散射（SAXS）技术，研究者们验证了纳米片的均匀分散和层间距的精确调控。
图2 纳米片的力学性能与聚合物纠缠
实验表明，只有高纵横比（AR≈20,000）的蒙脱石纳米片才能显著提高水凝胶的模量和强度，而低纵横比的纳米片（如Laponite和蒙脱石）则效果有限。此外，高聚合物浓度（62 wt% PAAm）是实现高纠缠和高强度的关键因素。
