纖維素是一種取之不盡、用之不竭的天然高分子，其結構為D型葡萄糖相互連接而成的線型剛性高分子鏈。纖維素的親水性、手性、生物降解性使之成為重要的材料原料，目前在化學新材料領域中占據一席之地。

武漢大學蔡杰與張俐娜研究團隊最近用纖維素為原料制備了高強度、高韌性的雙網絡水凝膠，這是科研界第一次開發出高強度、高韌性的纖維素水凝膠。

為了使凝膠材料獲得高強度性質，研究者使用雙網絡水凝膠的思路進行制備。具體方法為：先將纖維素溶解在氫氧化鋰/尿素的混合溶液中，隨后加入表氯醇作為交聯試劑，在一定時間后，就形成了第一個化學交聯的三維網絡。再進行中和，這樣就形成了基于氫鍵、鏈纏結和纖維素II微晶水合物的的第二個三維網絡。

研究者制備該雙網絡水凝膠的制備過程示意圖

得到的雙網絡水凝膠呈現透明或者是半透明的外觀，水含量在84-96%。值得一提的是，這種水凝膠可以折疊，壓力解除后可以迅速恢復原始形狀。

圖a&c：經過單一化學或者物理因素交聯的水凝膠，受到較大壓力后凝膠破裂。圖b：雙網絡水凝膠

另外，這種凝膠具有很好的形狀可塑性。作為概念的展示，研究者將其制備成球狀。這個凝膠球具有很強的機械性能與恢復性能，甚至可以作為乒乓球來使用。

研究者用這個凝膠做成了一個乒乓球

隨后，研究者使用3D拉曼光譜、原子力顯微鏡等多種表征技術證明了材料的雙網絡特點。

圖a&b：3D拉曼光譜中可以觀察到兩種不同的顏色，代表著雙網絡造成的兩種不同的化學微環境。圖c：單一化學或物理因素交聯的拉曼光譜圖。圖d：原子力顯微鏡圖像。

研究者希望這種材料可以作為新型的生物醫用材料，并對其他多糖類天然高分子材料的開發也有著借鑒意義。