天然結構的水凝膠，比如甲殼類動物外骨骼，具有看似矛盾的特性組合：高強度、模量和韌性，出色的抗疲勞性。這種看似矛盾性質之間的結合是由于它們在多個長度尺度上的層次結構導致的。如何合成這種獨特的機械力學性質仍然是個巨大的挑戰。
有鑒于此，四川大學熊銳教授、中山大學吳嘉寧副教授等報道膽甾液晶（cholesteric liquid crystal）自組裝和納米晶體工程協同方法構建具有分層結構的水凝膠，得到具有長程有序梯度扭曲膠合板結構，具有高結晶度，因此模仿甲殼類動物外骨骼的設計。
構筑的結構水凝膠得到前所未有的性質，包括超高的強度（46±3 MPa）、模量（496±25 MPa）、韌性（170±14 MJ m?3），以及創紀錄的疲勞閾值（32.5 kJ m-2）和優異的抗沖擊性（48±2 kJ m-1）。
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此外，通過控制多級結構的幾何結構和梯度，能夠以編程的方式設計能夠變形的結構復雜3D水凝膠。這項研究有助于開發先進的多級結構材料，而且為開發可承重的組織工程可穿戴器件柔性機器人提供幫助。
參考文獻
Yulu Tang, Bentao Wu, Jie Li, Canhui Lu, Jianing Wu, Rui Xiong, Biomimetic Structural Hydrogels Reinforced by Gradient Twisted Plywood Architectures, Adv. Mater. 2024
DOI: 10.1002/adma.202411372
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202411372
