天然结构的水凝胶，比如甲壳类动物外骨骼，具有看似矛盾的特性组合：高强度、模量和韧性，出色的抗疲劳性。这种看似矛盾性质之间的结合是由于它们在多个长度尺度上的层次结构导致的。如何合成这种独特的机械力学性质仍然是个巨大的挑战。

有鉴于此，四川大学熊锐教授、中山大学吴嘉宁副教授等报道胆甾液晶（cholesteric liquid crystal）自组装和纳米晶体工程协同方法构建具有分层结构的水凝胶，得到具有长程有序梯度扭曲胶合板结构，具有高结晶度，因此模仿甲壳类动物外骨骼的设计。

本文要点

（1）

构筑的结构水凝胶得到前所未有的性质，包括超高的强度（46±3 MPa）、模量（496±25 MPa）、韧性（170±14 MJ m⁻³），以及创纪录的疲劳阈值（32.5 kJ m^-2）和优异的抗冲击性（48±2 kJ m^-1）。

（2）

此外，通过控制多级结构的几何结构和梯度，能够以编程的方式设计能够变形的结构复杂3D水凝胶。这项研究有助于开发先进的多级结构材料，而且为开发可承重的组织工程可穿戴器件柔性机器人提供帮助。

参考文献

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