水凝胶材料因其独特的力学性能和粘弹性在生物材料和生物软组织工程中具有重要应用，例如仿生人体中的黏液、人眼中的晶状体、髓核，以及关节软骨等。随着水凝胶材料的日益发展和其应用需求与种类的日益扩大，精确调控水凝胶的黏弹特性成为了亟需解决的热点问题，但是目前大多数研究方法仍是通过改变凝胶的化学组成来实现调控，具有一定的局限性。

在科技部，自然科学基金委和中国科学院的大力支持下，中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室贾迪课题组在调控带电复合水凝胶材料黏弹性方面取得新进展。在不改变其化学物质组成的情况下，通过调控带电复合水凝胶体系中的物理相互作用和拓扑结构来精确调控水凝胶的黏弹特性，实现了在超软区域—软区域内对其弹性模量与黏性的同时定量调控。研究人员建立了一个简易黏弹智库，实现了在水环境中带电复合水凝胶的弹性模量和黏弹性在超软区—软区域的同时定量调控，完成了从“坚韧”凝胶到“超软”凝胶、从低阻尼的“弹性”凝胶到高阻尼的“黏性”凝胶。这一研究成果为仿生具有不同黏弹性质与模量的生物软组织与生物材料提供了重要的物理基础。此外，他们在带电复合凝胶体系中首次提出了“熵驱动拓扑等体积点”这一概念，当带电复合水凝胶达到溶胀平衡时，利用唐南平衡与多熵位垒的竞争效应，体系在达到溶胀平衡时出现了等体积点，这对于利用带电水凝胶仿生生物软组织，使其在水环境中保持稳定性与不变形性具有重要意义，也为调控带电凝胶体系的溶胀比提供了一种全新的物理策略。

相关研究成果发表于Nat. Commun.,2024,15,3569，论文第一作者为王贵康硕士，通讯作者为贾迪研究员。   

利用非扩散型拓扑动力学调控带电复合水凝胶材料的黏弹性的新策略与机理，实现了在超软区域—软区域对带电复合凝胶材料的弹性模量与黏性的定量调控

高分子物理与化学实验室

2024年5月8日