兼具高强度和优异韧性的水凝胶材料在生物医药、软组织机器人和人机交互界面等领域具有迫切的应用需求。然而，传统单网络水凝胶因其高含水率与低交联密度带来的固有矛盾，长期面临强度与韧性“鱼与熊掌不可兼得”的困境——普通水凝胶强度通常低于30千帕、韧性低于1千焦每立方米，远逊于软骨和肌腱等承重生物组织（强度高于5兆帕、韧性高于10兆焦每立方米）。面对这一长期困扰材料学界的挑战，研究人员此前曾提出双网络水凝胶、纳米复合水凝胶以及引入滑环结构、拓扑缠结、多重氢键等能量耗散机制，但如何在单一网络结构中同时实现高强度与高韧性，仍是领域内亟待破解的核心难题。近日，南京工业大学Chu Liangyong团队和浙江大学暴宁钟教授、张玲洁研究员合作，提出了一种基于矩形拓扑网络（Rectangular Topology Network，简称RN）的单网络水凝胶设计策略。该策略通过化学计量比精确交联长链与短链聚合物，形成规则的矩形结构单元，不仅在高含水量下实现了高达21.97兆帕的杨氏模量和31.04兆焦每立方米的韧性，还使拉伸强度达到7.72兆帕——相比对照样品，强度提升近20倍，韧性提升50倍。研究团队成功利用两种不同结构的交联剂（Cardol基和BDPD基）制备了RN水凝胶体系，验证了该策略的简便性和广泛适用性，为高性能水凝胶材料的设计开辟了全新路径。相关论文以“A versatile and simple rectangular-topology strategy enables robust hydrogels”为题，发表在Nature Communications上。
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