踩不碎的“超级果冻”

刘际璇

果冻，大家都不陌生，超市货架上五颜六色、形狀各异的果冻总是吸引着小伙伴的眼球。那QQ弹弹、一咬即碎的果冻，成了大家童年记忆里重要的一部分。不久前，《自然·材料》杂志宣布剑桥大学的科学家研发出了一种“超级果冻”。遗憾的是，科学家说的这种“超级果冻”不能吃。

果冻是一种水凝胶。凝胶材料在生活中随处可见，仙草冻、珍珠奶茶里的珍珠是水凝胶，甚至人们佩戴的隐形眼镜、发烧时用的退烧贴等也都是凝胶材料做的。“超级果冻”也是一种水凝胶，但它坚韧无比，即使被汽车碾压也能完好无损。更神奇的是，被碾压后的“超级果冻”还能在短时间内恢复原本的形状。当然，能让水凝胶变成无比坚韧的“超级果冻”的秘诀，肯定不是制作普通果冻的果冻粉。

“超级果冻”用的是一种名为葫芦脲的物质。葫芦脲又称瓜环，是一种交联分子，具有较高的刚性和特殊的结构，形状似葫芦，两端有开口空腔，其空腔中可以容纳两个客体分子，就像分子“手铐”一样。客体分子在空腔停留的时间比正常情况下更长，使得聚合物网络能够保持更紧密的连接，也就能够承受更强的压力。

研究团队在实验中发现，葫芦脲能结合的客体有多种，将它放入不同的客体，就会形成不同的水凝胶，如可拉伸的水凝胶、能迅速自我修复的水凝胶等。而剑桥大学的研究人员给葫芦脲选择的第一客体是全氟苯基，第二客体则有多个候选（都是苯基的取代物）。研究人员发现，被选中的客体与主体葫芦脲相遇后，发生了意想不到的惊喜：由此而形成的水凝胶，结构变得更结实，更能抵御猛烈的压缩，也就是“超级果冻”。

这样制作形成的“超级果冻”足以承受高达1亿帕斯卡的强压。在这种情况下，“超级果冻”被压缩了93%，薄到快要从照片里隐身的地步了，却没有发生断裂。而且，当重压消失后，“超级果冻”能在2分钟内恢复到原来的形状。要知道，1亿帕斯卡强压相当于在人类小拇指指甲（1平方厘米）上，施加超过1000千克的重压。通俗来说，就是大象一脚踩在一张邮票大小的“超级果冻”上，同时另外三只脚悬空，“超级果冻”也能安然无恙。大象踩不碎，那汽车呢？为了证实“超级果冻”的抗压性，研究人员让重达1200千克的汽车，用其中一只车轮压在70毫米× 50毫米 × 6毫米的“超级果冻”上1分钟不动，后又连续碾压16次，结果“超级果冻”都恢复了原状。

研究人员虽然制造出了可以承受压力的“超级果冻”，但并没有就此止步。他们用“超级果冻”做了一枚压力传感器。这枚传感器不仅测量范围宽广，还十分灵敏，放在脚底可以实时区分站立、行走、跳跃这几种动作。“超级果冻”这种能承受极大压强而不断裂的特性，让人们发现了它更广泛的用途。未来，它或许能成为人类软骨受伤退化后的替换材料。

（王世全摘自《知识窗》2022年第2期 图/槿喑）