双网络水凝胶（DN凝胶）是由两重具有很强结构非对称性的聚合物网络形成的一种特殊的互穿网络水凝胶（IPN），但与IPN相比，DN凝胶表现出非常优异的机械性能，其拉伸强度可达1 MPa、压缩强度达20~60 MPa，拉伸形变达1000~4000%，撕裂能达102~104J/m2，强度和韧性可以与关节软骨和橡胶相媲美。因此，DN凝胶在受力软组织的替代和修复等方面具有广阔的应用前景。

自2003年由日本北海道大学的龚剑萍教授发明以来，经历了十几年的发展，DN凝胶已经成为研究最为广泛和深入的高强度水凝胶之一。由于其独特的网络结构和超乎寻常的强度和韧性，DN凝胶的增强增韧机理及其功能化和应用都引起的各个领域科学家的广泛兴趣。近年来，DN凝胶的网络结构也从全化学交联向着杂化交联和全物理交联的方向发展，明显改善了DN凝胶受力后的软化问题（图1）。最近，河南理工大学材料学院陈强课题组与美国Akron大学化工系郑洁教授课题组开展合作，系统总结了近三年DN凝胶的新的网络结构、制备方法和功能化应用，该成果发表在Macromol. Chem. Phys.（2016, DOI：0.1002/macp.201600038）。

图1. DN凝胶的网络结构组成与特性

在前期研究中，他们开发了“一锅煮”制备杂化DN凝胶的方法（Adv Mater, 2013,25, 4171），充分利用了琼脂多糖的热可逆溶胶-凝胶转变的特性，解决了传统DN凝胶制备工艺复杂耗时、成型性差等问题，并且发现该凝胶具有高强度、高韧性和快速的自恢复的性质。在此基础上，发现了Agar第一重物理网络不同于传统DN凝胶的破坏机理（Macromolecules,2014,47, 2140），以及调控杂化高强度水凝胶刚性和韧性的新方法（Macromolecules,2015, 48, 8003）。此外，还发现杂化Agar/PAAmDN凝胶具有良好的抗黏附性质（J MaterChem B, 2015, 3, 5426）。他们通过结构设计，进一步利用琼脂的特性，在DN凝胶的第二重网络引入疏水缔合网络，提出了制备耐疲劳DN凝胶的新策略，合成了全物理交联Agar/HPAAmDN凝胶，发现该凝胶不仅表现出高强度高韧性，而且在室温下就表现出快速的自恢复性能(Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 1598)。更有意思的是，Agar/HPAAmDN凝胶还具有一定的自修复性质（图2）。在这些工作基础上，他们还系统综述了DN凝胶的相关工作（J MaterChem B, 2015, 3, 3654；化学进展,2014, 26, 1032）。感谢国家基金委对的上述工作支持（No.21504022& U1304516）。

图2.全物理交联Agar/HPAAm DN凝胶的（a）网络结构；（b）球形凝胶具有类似弹力橡胶球的性质；（c）凝胶的自修复性能

摘要速递：

Engineering of Tough Double Network Hydrogels

Macromol. Chem. Phys.

DOI：0.1002/macp.201600038

13 APR 2016

Double-network (DN) hydrogel has intrinsic tough mechanical properties due to its unique two contrasting network structures. The research on DN hydrogel is a fast growing field, mainly focusing on network structures, formation, and interactions at the molecular level. In this trend article, we take a critical review at the important and latest research findings, current research challenges, and future research directions in the DN hydrogel field. We discuss some issues on the discovery of fundamentally new phenomena versus performance benchmarking for different types of the DN hydrogels. Finally we offer our personal opinions to several unique aspects for future DN gel research.

————高分子科学前沿