从黄瓜藤得到灵感，中国科学家研发出高强度的环境性适应性高分子材料

在科技日新月异的今天，新型材料的研发正不断推动着社会的进步。离子凝胶，因其出色的柔韧性和离子导电性，在众多高科技领域展现出了巨大的应用潜力。然而，它们在实际应用中常常面临机械强度不足、韧性有限以及在高温环境下难以保持形状稳定的挑战。

面对这些难题，科学家们通过设计氢键结构、构建多尺度网络、引入纳米增强和疏水基团等方法，对凝胶的机械性能进行了显著改善。但是，分子链在热运动中的相分离以及在大应力下的结构塌陷等问题，仍然限制了离子凝胶在极端条件下的性能表现。

在这样的背景下，沈阳化工大学、四川大学和东北林业大学的科研团队，从自然界中黄瓜藤蔓的卷曲特性中获得灵感，提出了一种创新的增强策略。这一策略通过将大豆蛋白分子缠绕在纤维素大分子链上，形成了坚固的超分子网络架构，成功制备出了既坚固又耐高低温环境的生物离子凝胶。

这种生物离子凝胶具有显著的抗拉强度，能够承受高达150摄氏度的高温腐蚀，同时在低至零下20摄氏度的环境中也能保持良好的机械性能、电学性能及形貌结构。此外，它还展现出了卓越的可回收性、循环再利用性、形状设计塑形性、良好的生物相容性，以及完全的生物降解性。这一研究成果不仅解决了凝胶材料在机械高强度和环境耐受性之间的权衡问题，而且为超分子领域提供了一种有效、可行的策略。

通过分子动力学模拟和一系列科学实验，研究团队揭示了这种生物离子凝胶超分子结构的刺激强化机理。实验结果表明，这种生物离子凝胶中纤维素和大豆蛋白分子之间的相互作用得到了显著增强，形成了更紧凑的构效关系和更多的氢键。这种强化的超分子网络赋予了生物离子凝胶强悍的机械性能和耐高/低温特性。

在实际应用测试中，这种生物离子凝胶展现出了卓越的机械性能，其断裂伸长率超过160%，拉伸强度达到30.7兆帕，远高于传统凝胶材料。同时，它在高温和低温环境下的出色表现，证明了其在极端条件下的稳定性和可靠性。此外，生物离子凝胶的可设计性、循环再利用性、可加工塑形性以及生物降解性，使其在柔性电子、生物塑料等跨学科领域具有广阔的应用前景。

总结来说，这项研究通过模仿自然界中黄瓜藤蔓的卷曲特性，创新性地提出了纤维素-蛋白超分子网络增强策略，成功制备出了具有高机械强度、高耐温性、良好生物相容性和完全生物降解性的生物离子凝胶。这一成果不仅为离子凝胶材料的应用提供了新的可能性，也为未来新型、可持续、高性能软凝胶材料的开发与应用开辟了新的道路。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，我们有理由相信，这种新型生物离子凝胶将在未来的科技发展中发挥越来越重要的作用。