### 研究背景
天然组织，如韧带、肌肉和软骨，因其高度有序的微观结构而展现出卓越的各向异性力学性能，抗拉强度可达10 MPa。为了模仿这些特性，水凝胶作为一种理想的候选材料，因其出色的柔韧性、生物相容性和高含水量，在药物递送、软致动器、电化学装置以及人工肌肉等领域展现出巨大应用前景。然而，传统水凝胶普遍存在的问题在于其均匀无序的网络结构和松散的交联状态，导致力学性能不佳，这严重阻碍了其实用化进程。尽管通过引入增强材料或双网络结构在一定程度上改善了力学性能，但相比天然组织仍存在较大差距。
### 文章亮点
1. 创新策略：本研究受生物组织各向异性结构启发，由Shu Wang、Ling Lei等人提出了一种新颖的溶剂交换辅助湿拉伸策略，成功制备出具有高度各向异性结构的聚乙烯醇（PVA）水凝胶。
2. 显著提升的力学性能：利用这一方法制备的水凝胶表现出前所未有的优异机械性能，断裂应力高达12.8±0.7 MPa，断裂应变高达1719±77%，模量达到4.51±0.76 MPa，并且展现出极高的断裂功（134.47±9.29 MJ m⁻³）和断裂韧性（305.04 kJ m⁻²），优于大多数现有强韧水凝胶甚至接近天然肌腱水平。
3. 多维度优越性：除了高强度和韧性之外，该新型水凝胶还具备良好的导电性、应变传感能力、保水性、抗冻性以及出色的生物相容性，为再生医学和组织工程提供了全新的可能。
### 实验过程及结果验证实验中，研究人员首先采用湿法纺丝技术定向收集PVA纤维，随后通过调控大分子链运动和优化聚合物网络，实现了对水凝胶内部结构的高度控制（见图1）。经过一系列严谨的测试，发现水凝胶的增强和增韧机制主要归因于“大分子结晶和纳米纤维形成”。
进一步的力学性能测试结果显示（见图3），新型水凝胶在纵向和横向均表现出了显著的力学差异，且在多次拉伸循环下依然保持稳定的性能。此外，它还能作为生物传感器实时监测人体活动，同时在极端环境下展现出了卓越的稳定性和耐久性。
最后，通过细胞培养实验证实了这种新型水凝胶拥有良好的生物相容性，表明其在未来的生物医学领域具有广阔的应用潜力（见图5）。
综上所述，这项工作不仅成功研发出一种力学性能媲美甚至超越天然组织的新型水凝胶，更为重要的是，其所采用的溶剂交换辅助湿拉伸策略简单易行，为大规模生产高性能、多功能、环境适应性强的水凝胶开辟了新的道路。
