果凍和瓊脂是由被稱爲「聚合體凝膠」的長鏈狀聚合物鏈聯結而成的柔軟木料。聚合體凝膠的主要成分爲水，作爲可以放心植入人體的生醫材料，其應用備受期待。但是傳統的高強度凝膠伴隨着變形引起的内部結構破壞，其強度會增加，反復變形後就難以恢復到原來的狀態。
爲解決這個問題，東京大學物性研究所的真弓皓一副教授與該校研究生院新領域創成科學研究科的伊藤耕三教授等人組成的研究團隊，採用透過環狀分子連接聚合物鏈的「環動凝膠」構造，開發出了兼備強度和復原能力的全球首款自強化凝膠。
在拉伸時，當自強化凝膠内部的聚合物鏈會最大限度伸展，並相互聚集在一起形成結晶構造。這種現象被稱爲「拉伸誘導結晶」，並且結晶化會增加自強化凝膠的強度。研究團隊應答，拉伸形成的聚合物鏈結晶在取消拉伸力之後會立即消失，幾乎能完全恢復到原來的狀態。今後有望應用於需要反復承受重負荷的人造韌帶和關節等人造運動器官中。
利用偏振相機拍攝的自強化凝膠和普通凝膠。當大幅拉伸有龜裂的自強化凝膠試片時，聚合物鏈透過定向被強化，裂縫沒有加劇（上圖）。而普通凝膠的龜裂則會迅速加劇直至斷裂（下圖）。照片中的顏色對應着聚合物鏈的定向度。
向凝膠施加負荷拉伸時，聚合物鏈被均勻拉伸，最大限伸展的聚合物鏈收歛集到一起形成晶體。結晶化的聚合物鏈變硬，可以防止凝膠斷裂。取消拉伸外力後，拉伸誘導結晶消失，自強化凝膠恢復到原來的狀態。
文：JSTnews 2021年8月號
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
