一、【科学背景】

水凝胶因其富含水的交联网络，被广泛应用于组织工程、柔性电子和软体机器人等领域。尽管通过增强聚合物网络提升了水凝胶的延展性和韧性，但其柔韧性仍依赖于可移动的水分子。因此，这种依赖性导致水凝胶在温度变化过程中因蒸发或冻结而失水时变得坚硬和易碎。现有方法通过用离子液体、无机盐溶液等替代水分子以提高相变温度，但这些溶剂存在吸湿性、温度范围有限（通常低于-80 ℃或80 ℃）等问题。水分子在替代溶剂中仍可能冻结或逸出，导致网络脆弱。因此，如何固定水分子并维持其流动性，成为拓宽水凝胶极端温度适应性的关键挑战。

二、【创新成果】

为解决以上难题，浙江大学罗自生教授、李铁风教授和杨栩旭博士等人在Science上发表了题为“Hydro-locking in hydrogel for extreme temperature tolerance”的论文，报道开发了一种“水锁”策略，通过硫酸在聚合物网络中建立水分子与聚合物的强连接，锁定水分子，并引入牺牲网络保护聚合物主网络免于坍塌。在“水锁”策略下制备的海藻酸钠-聚丙烯酰胺双网络水凝胶在-115 ℃至143 ℃的宽温域内保持柔软和可拉伸性。该策略适用于多种水凝胶和溶液，有望实现极端温度下材料甚至生物样本的保存与观测。

图1  S-凝胶的“水锁”策略和相变温度 © 2025 AAAS

图2  S-凝胶中的反应及相互作用 © 2025 AAAS

图3  S-凝胶和原位碳点的结构特性 © 2025 AAAS

图4  CS-凝胶在极端温度下的机械性能 © 2025 AAAS

三、【科学启迪】

综上，本研究通过“水锁”策略将水分子牢固固定在聚合物网络中，使水凝胶在-115 ℃至143 ℃的极端温度范围内保持柔软和可拉伸性。该策略适用于多种水凝胶（如PVP水凝胶）和溶剂（如DMSO），并通过碳化形成保护层防止网络坍塌。“水锁”水凝胶（如CS-gel）在低温（-100 ℃）和高温（140 ℃）下仍具备导电性和传感功能，展示了在柔性电子和极端环境生物保存中的潜在应用价值。

原文详情：Hydro-locking in hydrogel for extreme temperature tolerance (Science 2025, 387, 967-973)

本文由大兵哥供稿。