日本北海道大學(xué)2016年4月28日宣布，開發(fā)出了基于三嵌段共聚物(Triblock Copolymer)的超高強(qiáng)度水凝膠。這種凝膠雖然含有大量水分，但卻擁有可與橡膠匹敵的強(qiáng)度以及魔芋塊100倍的硬度，此外還可輕松修復(fù)切割面，有望應(yīng)用于包括體內(nèi)使用在內(nèi)的醫(yī)療用途。

水凝膠是以網(wǎng)眼狀連接在一起的聚合物包含大量水分的構(gòu)造，生物親和性較高，作為醫(yī)用材料備受期待。但是，以前的水凝膠非常脆弱，實際用途只限于隱形眼鏡等。目前世界各地都在開發(fā)含有大量水分卻具有高強(qiáng)度的水凝膠，已開發(fā)出了拓?fù)淠z、納米復(fù)合凝膠、雙網(wǎng)絡(luò)凝膠、聚兩性電解質(zhì)凝膠等。

此次通過在三嵌段共聚物構(gòu)成的水凝膠中添加第二成分——聚丙烯酰胺，成功制作出了含有大量水分卻具有高強(qiáng)度的新型高強(qiáng)度雙網(wǎng)絡(luò)凝膠。據(jù)介紹，這種凝膠的強(qiáng)度比前面提到的4種高強(qiáng)度凝膠都要高。

三嵌段共聚物是由三種成分結(jié)合而成的帶狀分子，具有疏水性-親水性-疏水性構(gòu)造。將這種共聚物放入水中，兩端的疏水性部位就會形成網(wǎng)眼構(gòu)造，從而獲得塊狀水凝膠。在這種凝膠的內(nèi)部導(dǎo)入聚丙烯酰胺，三嵌段共聚物的親水性部位與聚丙烯酰胺就會形成氫鍵，從而獲得三嵌段共聚物/聚丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)凝膠。北海道大學(xué)通過控制這兩種物理鍵，成功獲得了高強(qiáng)度水凝膠。

這種水凝膠的拉伸斷裂應(yīng)力為10MPa，抗拉能量為2850kJ/m2，拉伸彈性率為14MPa，顯示出了出色的物性。即便在凝膠上開一個孔，用其吊起一個重錘，開孔部位也不會被撕裂。而且，即便大幅變形，斷裂應(yīng)變率達(dá)到600%(原長度的7倍)，也可保持應(yīng)力的線性響應(yīng)。另外，為凝膠的斷裂面涂布二甲基甲酰胺使其重新接觸后，被破壞的鍵會自發(fā)性地重新形成，凝膠會再次粘在一起。

構(gòu)成該凝膠的兩種物理鍵在人體內(nèi)等含有鹽分的環(huán)境中也能穩(wěn)定存在，因此在今后的研究中，可將使用的聚合物換成生物相容性成分，從而制造可在生物體內(nèi)使用的高強(qiáng)度水凝膠。北海道大學(xué)打算根據(jù)血管、軟骨、臟器等用途，制作出相應(yīng)的各種形狀的醫(yī)用凝膠。