在科技日新月異的今天，新型材料的研發正不斷推動著社會的進步。離子凝膠，因其出色的柔韌性和離子導電性，在眾多高科技領域展現出了巨大的應用潛力。然而，它們在實際應用中常常面臨機械強度不足、韌性有限以及在高溫環境下難以保持形狀穩定的挑戰。

面對這些難題，科學家們通過設計氫鍵結構、構建多尺度網絡、引入納米增強和疏水基團等方法，對凝膠的機械性能進行了顯著改善。但是，分子鏈在熱運動中的相分離以及在大應力下的結構塌陷等問題，仍然限制了離子凝膠在極端條件下的性能表現。

在這樣的背景下，沈陽化工大學、四川大學和東北林業大學的科研團隊，從自然界中黃瓜藤蔓的卷曲特性中獲得靈感，提出了一種創新的增強策略。這一策略通過將大豆蛋白分子纏繞在纖維素大分子鏈上，形成了堅固的超分子網絡架構，成功制備出了既堅固又耐高低溫環境的生物離子凝膠。

這種生物離子凝膠具有顯著的抗拉強度，能夠承受高達150攝氏度的高溫腐蝕，同時在低至零下20攝氏度的環境中也能保持良好的機械性能、電學性能及形貌結構。此外，它還展現出了卓越的可回收性、循環再利用性、形狀設計塑形性、良好的生物相容性，以及完全的生物降解性。這一研究成果不僅解決了凝膠材料在機械高強度和環境耐受性之間的權衡問題，而且為超分子領域提供了一種有效、可行的策略。

通過分子動力學模擬和一系列科學實驗，研究團隊揭示了這種生物離子凝膠超分子結構的刺激強化機理。實驗結果表明，這種生物離子凝膠中纖維素和大豆蛋白分子之間的相互作用得到了顯著增強，形成了更緊湊的構效關系和更多的氫鍵。這種強化的超分子網絡賦予了生物離子凝膠強悍的機械性能和耐高/低溫特性。

在實際應用測試中，這種生物離子凝膠展現出了卓越的機械性能，其斷裂伸長率超過160%，拉伸強度達到30.7兆帕，遠高于傳統凝膠材料。同時，它在高溫和低溫環境下的出色表現，證明了其在極端條件下的穩定性和可靠性。此外，生物離子凝膠的可設計性、循環再利用性、可加工塑形性以及生物降解性，使其在柔性電子、生物塑料等跨學科領域具有廣闊的應用前景。

總結來說，這項研究通過模仿自然界中黃瓜藤蔓的卷曲特性，創新性地提出了纖維素-蛋白超分子網絡增強策略，成功制備出了具有高機械強度、高耐溫性、良好生物相容性和完全生物降解性的生物離子凝膠。這一成果不僅為離子凝膠材料的應用提供了新的可能性，也為未來新型、可持續、高性能軟凝膠材料的開發與應用開辟了新的道路。隨著技術的不斷進步和應用領域的不斷拓展，我們有理由相信，這種新型生物離子凝膠將在未來的科技發展中發揮越來越重要的作用。

來源: 李傳福