提到 “凝胶”，你可能会想到护肤品里的保湿凝胶，或是实验室里易碎的水凝胶 —— 软、易断，似乎和 “坚固” 扯不上关系。但最近《Science Advances》上的一项研究，彻底颠覆了人们对凝胶的认知：香港大学与香港城市大学的团队研发出一种高强度抗断裂离子凝胶（HSFRI），不仅能轻松扛起 2.5kg 重物（相当于自身重量的 5000 倍），还能当 “智能创可贴” 加速伤口愈合，甚至能做可穿戴设备监测心电图、脑电图。

*本文只做阅读笔记分享*

一、先看 “硬实力”：打破凝胶的 “力学魔咒”

一直以来，离子凝胶都是柔性电子、生物医学领域的 “潜力选手”—— 它自带离子导电性，还能在极端环境下保持稳定，可 “高强度” 和 “抗断裂” 就像两道单选题，传统凝胶总难兼顾。

“大多数现有离子凝胶的断裂强度不到 1MPa，断裂能也低于 1kJ/m²，稍微受力就会断裂，根本没法满足实际应用需求。” 研究团队在文中指出。而他们研发的 HSFRI 离子凝胶，直接把这两个关键指标拉到了新高度：

断裂强度达64.5MPa（是传统水凝胶的 12.6 倍）；

断裂能约607kJ/m²（是传统水凝胶的 54.4 倍）；

更直观的是实验图里的对比：同样吊起 2.5kg 重物，传统水凝胶瞬间断裂，HSFRI 却能稳稳承重。

更惊喜的是，它的性能还能 “定制”—— 调整硬相材料（芳纶纳米纤维 ANF）和软相材料（聚乙烯醇 PVA）的比例，就能灵活改变力学特性。比如当 ANF 与 PVA 的质量比提升到 3:15 时，凝胶的断裂强度能达到峰值，同时仍保持足够的柔韧性，能轻松折叠、扭转。

二、关键秘诀：给溶剂 “做减法”，让凝胶 “更团结”

为什么 HSFRI 能这么 “强韧”？答案藏在 “溶剂定制” 这个核心技术里。

传统水凝胶的问题，出在 “溶剂竞争” 上。水分子会和聚合物链抢着形成氢键，破坏 ANF（硬相）和 PVA（软相）之间的连接，导致凝胶内部结构松散，一拉就断。

研究团队换了个思路：不用水，改用EMIMTFSI 离子液体当溶剂。这种离子液体的氢键形成能力很弱，不会和聚合物 “抢位置”，反而能让 ANF 和 PVA 之间形成更多氢键，就像给两种材料加了无数 “隐形粘扣”，构建出致密、高度连通的纳米纤维网络。

分子动力学模拟也证实了这一点：HSFRI 中 ANF 与 PVA 的氢键数量，是传统水凝胶的 3 倍。更妙的是，EMIMTFSI 还能通过静电作用、π-π 相互作用进一步增强材料间的结合力，既保证了结构稳固，又能保留足够的液体含量，让凝胶保持柔韧性。

简单说，就是通过 “减少溶剂的干扰”，让凝胶内部的 “小伙伴” 更团结，从而实现 “高强度” 和 “抗断裂” 的双赢。

三、不止能扛重物：它还是个 “多功能选手”

如果只是 “坚固”，HSFRI 还不足以让人惊艳。真正让它脱颖而出的，是集 “力学性能 + 生物相容性 + 多功能性” 于一身的综合实力，这也让它在两大领域展现出明确的应用前景。

第一站：可穿戴生物电子，解决 “续航” 和 “透气” 难题

可穿戴设备最头疼的两个问题 ——“怕干燥” 和 “不透气”，HSFRI 全都能应对：

抗干燥：由于离子液体不易挥发，HSFRI 暴露在空气中 1 周，质量几乎没有变化；而传统水凝胶 24 小时就会流失 82.1% 的水分，直接变脆失效；

高透气：它的水蒸气透过率达 472g・m⁻²・day⁻¹，是常用的 PDMS 薄膜的 15 倍，贴在皮肤上不会闷汗，长时间佩戴也舒适。

基于这些优势，团队把它做成了可穿戴电极 —— 在 HSFRI 中原位聚合 polypyrrole（PPy），就能得到高精度的生物传感器。实验显示，这种电极能稳定记录心电图（ECG）、肌电图（EMG）、脑电图（EEG），信噪比和商用电极几乎持平。

比如记录 EEG 时，它能清晰捕捉到代表 “放松状态” 的 α 波，即使暴露在空气中 24 小时，信号依然稳定。

未来，用它做智能手环、脑机接口设备，或许能解决 “设备戴久了失效”“贴皮肤不透气” 等痛点。

第二站：智能创可贴，给伤口愈合 “加速”

慢性伤口愈合一直是医学难题，而 HSFRI 的特性刚好契合 “理想创可贴” 的需求：

抗菌：EMIMTFSI 的阳离子和疏水链能破坏细菌细胞膜，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率达 100%，比传统水凝胶更能预防伤口感染；

载药：它能溶解红霉素等疏水药物，实现局部精准给药，避免全身用药的副作用；

电刺激：6.5mS/m 的离子导电性，刚好在人体皮肤的生理导电范围内，配合电刺激能促进细胞增殖和组织再生。

团队在大鼠感染伤口模型上做了验证：用 “HSFRI + 红霉素 + 电刺激” 组合治疗的伤口，9 天后收缩率达 96.84%，远高于空白对照组的 75.74%。切片观察也显示，治疗组的伤口有更多毛囊、皮脂腺再生，胶原蛋白沉积更丰富—— 相当于给伤口愈合 “开了倍速”。

四、不止于凝胶：一种可复制的 “材料设计思路”

这项研究的价值，远不止研发出一种高性能离子凝胶。更重要的是，它提供了一种 “通用策略”：通过调控溶剂与溶质的相互作用，优化复合材料的界面结合力，从而突破力学性能瓶颈。

研究团队也证实了这种策略的普适性：把硬相换成纤维素、丝素蛋白，软相换成壳聚糖，用同样的溶剂定制方法，依然能做出高强度离子凝胶。这意味着，未来我们或许能基于这个思路，开发出更多 “又强又韧” 的软材料，应用在柔性机器人、组织工程、能源存储等领域。

正如团队在讨论中所说：“这项工作不仅拓宽了离子凝胶的应用边界，也为下一代软材料的设计提供了新方向。”

参考文献：

He Zhang et al. High-strength and fracture-resistant ionogels via solvent-tailored interphase cohesion in nanofibrous composite networks. Sci. Adv.11, eaea6883(2025).