近日，理学院“纳米农业应用创新”团队在国际知名学术期刊《Small》（IF = 12.1）发表了题为《Biomimetic All-Weather Strong, Tough, and Fatigue-Resistant Composite Organohydrogels for Electronic Artificial Ligaments》的研究论文，报道了一类在高低温环境下均具有强韧力学性能和抗疲劳断裂能力的聚合物有机凝胶材料。
随着机器人与人工智能技术的蓬勃发展，研发模拟人体组织特性的仿生材料成为关键。然而，传统的聚合物水凝胶材料力学性能薄弱、功能单一，难以满足实际需求。近日，理学院与四川大学高分子国家重点实验室的周涛教授团队开展合作，受天然生物材料层级各向异性结构启发，研发出一类制备全天候强韧耐疲劳的复合有机水凝胶的通用策略，为电子人工韧带等前沿应用开辟新路径。
该研究创新提出了定向冷冻辅助盐析与多元醇溶剂置换策略（FSSP），构建了具有各向异性纤维结构的聚乙烯醇（PVA）基体，并嵌入 MXene 纳米片作为无机填料，通过分子间强相互作用实现协同增强。实验表明，所制备凝胶在刚度（8.74 MPa）、强度（21.20 MPa）、拉伸率（1556%）和韧度（184.26 MJ/m3）等关键指标上均大幅超越传统材料，尤其在 - 30℃至 60℃极端环境下仍保持稳定力学性能与导电性。
研究团队通过调控多元醇与盐的种类，实现材料性能的广谱可调，并验证了该策略对明胶、海藻酸盐等生物聚合物的普适性。作为电子人工韧带原型，其在模拟膝关节运动中展现出优异的承重能力与信号传感稳定性，经 10000 次循环测试仍能精准传递运动信息。此项成果为极端环境下的承重电子器件材料提供了一种新的仿生设计思路。
四川农业大学理学院苏葛鸿副教授为该论文的第一作者，应化2022级本科生张啸天和应化2021级本科生周娅萍（现于武汉大学攻读硕士研究生）为共同第一作者，四川农业大学理学院饶含兵教授和四川大学高分子材料国家重点实验室的周涛教授为论文的通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、四川省自然科学基金、四川大学高分子材料国家重点实验室开放课题、四川农业大学启动基金等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202504139
