湖南工业大学《自然·通讯》：单一组分水凝胶实现超塑性到超弹性的可逆原位转变

背景: 在生物组织工程中，模拟细胞外基质(ECM)的动态力学行为是核心挑战。传统水凝胶因交联点限制，难以实现大变形和可逆的弹塑性转变，而天然生物组织则能动态适应。研究目的: 湖南工业大学陈一教授课题组旨在开发一种单一组分水凝胶，通过调控聚合物链构象，实现从超塑性到超弹性的可逆原位转变，并探究其微观机制与生物医学应用潜力。结论: 研究基于单一聚磺基甜菜碱(PSBMA)成功合成了拓扑纠缠水凝胶。通过调节聚合物浓度，链构象在低浓度时呈现自由连接链(FJC)的超塑性状态，应变可达120000%；高浓度时形成螺旋纠缠链(HEC)的超弹性状态，应变1200%时2-10秒内完全恢复。该材料模量可从700 Pa连续调节至2 MPa，韧性从15调至8000 kJ/m³，并展现出优异的抗疲劳损伤能力(疲劳阈值达1050 J/m²)。在生物应用中，该水凝胶具有良好生物相容性，能主动调控细胞形态，并能高效负载外泌体(包封率84%)，缓释长达12天。在糖尿病小鼠创面模型中，负载外泌体的水凝胶显著加速了创面愈合(第12天残余创面面积仅11%)，促进了上皮再生与血管新生。本研究为模拟生物组织力学特性和设计智能软材料提供了新范式。