聚合物水凝胶是一类重要的软物质材料，它通过亲水聚合物网络固定水溶液而成，往往具有良好的生物相容性，因而备受生物材料和医学应用研究学界的青睐；目前在可控释放、组织工程、节能抗污涂层、化妆品以及食品工业等众多领域都有应用。然而，因为其高含水量（>50wt％，甚至高达95 wt%），水凝胶的机械性能一直比较差，形成掣肘其进一步发展的瓶颈。虽然水凝胶的机械性能在近年得到了长足的进步，但是能快速自修复且能大幅度拉伸性能的水凝胶还比较少见。

德国莱布尼茨新材料研究所的JiaxiCui博士团队与美国哈佛大学的Vlassak教授团队合作，通过多层次的动态交联机制，制备了一种能快速自修复的可拉伸水凝胶；其能在3分钟内完全自修复，修复后的材料在拉伸100倍后没有任何断裂迹象。相关论文发表于Adv.Mater.(DOI: 10.1002/adma.201600480)。

水凝胶的聚合物网络是通过交联点链接聚合物链形成。普通的交联结构往往是单一的共价键或超分子相互作用，为了提高材料机械性能，需要增强交联作用力；而为了获得自修复能力，交联结构应该是动态的、且比较容易打开的（意味着相对较弱的作用力）。如何获得强而高度动态的交联结构呢？Cui博士和Vlassak教授合作团队设计了一种含多重氢键、疏水相互作用和表面活性剂包裹效应的多层次交联机制来解决这一矛盾。在疏水胶囊内，多重氢键形成很强的交联效果；而在胶囊重组时，受水分子干扰，这种多重氢键又很容易打开和重新偶合；从而实现快速自修复和高度拉伸性能的结合（图1）。

图1.含多重氢键的多层次交联结构以及通过其所制备得到的自修复可拉伸水凝胶。

研究人员通过微乳液原位聚合直接得到水凝胶。他们展示了材料在完全断裂情况下的自修复性能和机械性能:完全断裂的样品在室温下接触放置3分钟后，直接拉伸100倍。Cui博士表示，只测量100倍是因为他们仪器的限制；他认为这一水凝胶应该能承受更高倍数的拉伸。在他们的论文中还讨论了粘性和自修复性的区别。粘性是材料与其他（包括自身）界面的粘结作用，是没有针对性的，材料界面一直存在；而自修复性是材料从新与自身粘合的性质，在修复后，没有明显界面存在。由于粘性材料很容易与自身粘结在一起，所以长期以来，很多人错把粘性认为是一种自修复性。在Cui博士和Vlassak教授的论文中，他们发现，表面活性剂的减少会增加材料粘性而降低其自修复性能；增加表面活性剂能降低材料粘性而增加自修复性能。这一现象有利于人们理解和区别这两种不同的性能。

参考文献：Jeon, Insu, Cui, Jiaxi, Illeperuma, Widusha R. K, et al. Extremely Stretchable and Fast Self‐Healing Hydrogels[J]. Advanced Materials, 2016.

————来源：高分子科学前沿