双向可拉伸的超分子聚合物网络

本研究成功开发了一类具有双向延展性的超分子聚合物网络（SPNs），其核心突破在于使用解离速度极慢的非共价交联剂——由苯基吡啶乙烯基碘化物（BPyVI）、萘乙烯基碘化物（NVI）与葫芦[8]脲（CB[8]）形成的三元复合物。这类交联剂解离速率常数kd低至0.0088 s⁻¹，使材料在室温下呈现类似玻璃态的力学行为：既高度可压缩（94.9%应变下抗压强度达164 MPa，且无断裂、可完全自恢复），又具备前所未有的双向拉伸能力（面积应变超10,000%，真实强度达4.43 MPa）。研究团队首次建立了一套适用于超分子水凝胶的双向力学性能标准化测试方法（采用十字形试样+有限元模拟验证），证实了单轴压缩与双轴拉伸在力学本质上的相似性，从而巧妙地将高抗压性转化为高双向延展性。该材料含水量高达75%以上，远超多数高性能水凝胶，却同时超越了单网络/双网络水凝胶、弹性体甚至牛膝关节软骨的综合力学性能。此外，基于该材料制备的双向应变传感器，在活体细胞相容性测试中显示>98%细胞存活率，并成功实现对肺部模型不同区域、不同呼吸深度下的实时、各向异性形变监测。这项工作不仅为设计下一代柔性生物电子界面、软体机器人执行器和仿生组织植入物提供了新平台，更从根本上拓展了‘软材料也能兼具玻璃般刚强与橡胶般柔韧’的设计范式。