果冻和琼脂是由被称为“高分子凝胶”的长链状高分子链联结而成的柔软材料。高分子凝胶的主要成分为水，作为可以放心植入人体的生物医用材料，其应用备受期待。但是传统的高强度凝胶伴随着变形引起的内部结构破坏，其强度会增加，反复变形后就难以恢复到原来的状态。
为解决这个问题，东京大学物性研究所的真弓皓一副教授与该校研究生院新领域创成科学研究科的伊藤耕三教授等人组成的研究团队，采用通过环状分子连接高分子链的“环动凝胶”构造，开发出了兼备强度和复原能力的全球首款自增强凝胶。
在拉伸时，当自增强凝胶内部的高分子链会最大限度伸展，并相互聚集在一起形成结晶构造。这种现象被称为“拉伸诱导结晶”，并且结晶化会增加自增强凝胶的强度。研究团队确认，拉伸形成的高分子链结晶在取消拉伸力之后会立即消失，几乎能完全恢复到原来的状态。今后有望应用于需要反复承受重负荷的人造韧带和关节等人造运动器官中。
利用偏振相机拍摄的自增强凝胶和普通凝胶。当大幅拉伸有龟裂的自增强凝胶试片时，高分子链通过定向被强化，裂缝没有加剧（上图）。而普通凝胶的龟裂则会迅速加剧直至断裂（下图）。照片中的颜色对应着高分子链的定向度。
向凝胶施加负荷拉伸时，高分子链被均匀拉伸，最大限伸展的高分子链会聚集到一起形成晶体。结晶化的高分子链变硬，可以防止凝胶断裂。取消拉伸外力后，拉伸诱导结晶消失，自增强凝胶恢复到原来的状态。
文：JSTnews 2021年8月号
翻译编辑：JST客观日本编辑部
