近日，南京林业大学金永灿教授团队与武汉大学陈朝吉教授团队在一区TOP期刊《Nature Communications》合作发表题为“Compressible, anti-fatigue, extreme environment adaptable, and biocompatible supramolecular organohydrogel enabled by lignosulfonate triggered noncovalent network”的研究论文。南京林业大学轻工与食品学院博士生谷一辉为论文第一作者，武汉大学徐超博士为共同第一作者。南京林业大学金永灿教授、姜波副教授与武汉大学陈朝吉教授为本文通讯作者，南京林业大学为第一完成单位。
天然承重材料，例如肌肉与软骨，拥有卓越的力学特性，包括高强度、高韧性以及快速恢复能力等。然而，在合成材料的研发进程中，达成优异生物相容性、极端环境适应性与出色力学性能的协同统一，依旧是一项极具挑战性的任务。本研究运用了一种“自下而上”的溶液-界面诱导自组装策略，通过构建非共价键合的交联网络，成功研制出由壳聚糖-木质素磺酸盐-明胶构成的超分子有机水凝胶。
该有机水凝胶具有优异的可压缩性、抗疲劳性、极端环境适应性、生物相容性以及可回收性等特点。木质素磺酸盐所含的磺酸基与羟基，借助界面非共价键相互作用，在壳聚糖与明胶的双网络结构中发挥分子桥梁作用，有效连接多个网络。当凝胶遭受拉伸或压缩时，这些网络能够高效地耗散机械能。此外，乙二醇与水组成的溶剂诱导木质素磺酸盐形成均匀分散的纳米颗粒，进一步扩充了交联位点的数量。最终，该有机水凝胶展现出优异的抗压强度（54 MPa）与韧性（3.54 MJ/m3），相较于纯壳聚糖/明胶水凝胶，分别提升了100倍和70倍。与此同时，该有机水凝胶还具备卓越的自恢复能力与抗疲劳特性，即使在50%应变条件下历经50万次压缩循环，该有机水凝胶依然保持完整。这种有机水凝胶在体内与体外实验中均呈现出显著的生物相容性，并表现出良好的低温环境适应性和可回收性。该有机水凝胶的主要组分均来源于生物可降解材料，为绿色、高性能承重材料的开发开辟了一条新的途径。该研究工作获得了国家自然科学基金、江苏省重点研发计划、江苏省自然科学基金等项目的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-55530-1
来源：南京林业大学
