“同心冰模板法”制备具有仿生环向结构水凝胶示意图及与其它水凝胶的性能对比
澳门大学科技学院机电工程系助理教授李奕雯及其研究团队首次利用“同心冰模板法”，成功制备出具有仿生环向纤维结构的水凝胶，解决了传统技术仅能生成蜂窝或层状结构的局限性，使材料在抗压性、韧性及抗疲劳性方面表现显着提升，拓展了冰模板法的应用范畴及人工水凝胶的力学性能。相关研究成果已发表于国际知名综合性学术期刊《科学进展》（Science Advances）。
自然界中，如椎间盘、血管、鱼鳔等生物组织因具有环向纤维状结构而具备优越的力学性能。传统冰模板法通过控制冰的定向生长来制造仿生结构的水凝胶，只能制造有限结构，且成本高昂、效率低下，严重限制了仿生水凝胶在性能上与自然材料的匹配。研究团队发现，通过慢速冷冻能诱导冰晶平行于冷源生长，据此研发出“同心冰模板法”，首次成功构建新的环向纤维结构。此外，团队亦改良现有退火工艺，开发出旋转压缩退火方法，令水凝胶在保持85 wt.%含水量的情况下，具备高强度、高韧性、抗疲劳性能、可压缩性、高爆破压等多重机械性能，使材料微观结构更加致密，进一步提升结晶度。
新型仿生水凝胶具备广泛应用潜力，特别适用于软体机器人和生物再生工程领域，如制作具高驱动力的水凝胶气动驱动器、软体抓手、仿生机器鱼和水下作业的伪装软体机器人。
该研究通讯作者为李奕雯，第一作者为澳大科技学院博士生谷文熙。该研究由澳门特别行政区科学技术发展基金（檔案编号：0119/2022/A3、0009/2023/ITP1、0113/2024/RIB2）、澳门大学及澳门大学发展基金会（檔案编号：SRG2022-00038-FST、MYRG-GRG2023-00225-FST-UMDF）资助。全文可浏览：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv7786。
