美国哈佛大学（Harvard University）、杜克大学（Duke University）和韩国首尔国立大学（Seoul National University）的力学、材料科学和组织工程方面的专家合作，开发出了一种极其结实且具有弹性的生物相容性材料。这种材料在未来非常有潜力用于替换人类关节中受损的软骨。
这种新颖的材料是水凝胶，这意味着它的主要成分是水，由两种非常脆弱的胶联合而成，其强度超过了原本任何一种成分。
新型水凝胶具有极佳强度和延展性
新和成的胶的弹性是原材料的21倍，而更重要的是，这种材料非常结实和具备生物相容性，具有自我修复能力。这些优异的属性集中于一体使得这种水凝胶在医学及组织工程领域可能具有相当大的应用前景。
领导这一产品开发的哈佛工程与应用科学学院(SEAS)的Jeong-Yun Sun说：“传统的水凝胶非常脆弱易碎，想象一下调羹穿过果冻的情形。不过由于它们以水为基质，且具有生物相容性，因此人们想要将其应用到一些颇具挑战性的方面，比如人工软骨或脊椎垫骨。对于凝胶来说，要用于这些方面，就必须具有在压力和张力下拉伸扩张而不破裂的特性。”
这种十分结实的水凝胶由两种普通的多聚物混合形成。第一种是聚丙烯酰胺(常用语软性隐形眼镜)，第二种是褐藻胶(提炼自海藻，常用于食物增稠)。
这两种胶分别都很脆弱，比如褐藻胶，拉伸至原来的1.2倍就会破裂。不过研究者将两种成分以8：1的比例混合后，两种多聚物形成复杂的交联网络，彼此增强。这种网络的分子结构使得分子间可以拉开较大的距离而不会导致凝胶破裂。
合成完成后，水凝胶中的褐藻胶分子之间会形成弱离子键，并在这个过程中捕获水中的钙离子。当凝胶被拉伸时，这些离子键会被拉开，同时释放出钙离子。这时水凝胶便具有了极大的拉伸余地，而聚合物链依然完好无损。与此同时，聚丙烯酰胺链构成的网格结构还会以共价键的方式与藻酸盐紧密固定在一起。这些聚丙烯酰胺网格有助于分散拉力，保证褐藻胶离子键不被拉得四分五裂。
实验发现，一块完整的这种水凝胶材料可拉伸至原长度的21倍而不发生断裂；即便在部分破损（材料上存在裂缝或小洞）的情况下，它也能拉伸至原长度的17倍。更重要的是，这种水凝胶在多次延展拉伸后仍能保持良好的柔韧性和强度。原因在于，在被拉伸后，只要稍稍放松，褐藻胶离子键与钙离子之间又会重新结合，恢复之前的结构，焕然一新。这一过程还会随着环境温度的升高而加速。
研究人员表示，基于这种新型水凝胶的强度、延展性以及优异的恢复性能，这种材料未来可用于各种领域，如人工软骨、柔性机器人、光学、人工肌肉等。
