一只普通的小黄鸭，竟然登上了全球顶级学术期刊《Nature》的封面？

8 月 6 日，北海道大学龚剑萍、深圳大学范海龙、苏州实验室李伟合作在《Nature》上发表题为《Data-driven de novo design of super-adhesive hydrogels》的研究论文，成功开发出一款具有卓-越黏着性能的水凝胶（hydrogel）。《Nature》的封面上，波涛汹涌的海边，这只橡胶小黄鸭牢牢粘在岩石上，任凭海浪拍打也纹丝不动 —— 它靠的不是普通胶水，而是人工智能设计的水下超-强粘合水凝胶，其粘合强度超 1 兆帕（相当于 10 个大气压），是传统水下粘合材料的十倍以上。

随着超-强粘合水凝胶在医疗敷料、电子封装、柔性机器人等领域成为关键材料，不少人疑惑：它为什么能有这么强的粘附力？其实，这一性能并非由单一因素决定，而是与材料内部分子链段的结构、比例及运动状态密切相关。过去，由于检测技术局限，行业难以精准解析分子层面关键信息，导致配方优化效率低下；如今，低场核磁共振技术的出现，为揭开其高粘附力 “秘密" 提供了突破性解决方案。

一、超-强粘合水凝胶的粘附力，由分子链段 “软硬平衡" 决定

理解其强粘附力，先看内部分子结构：水凝胶分子链段分硬段（交联段）和软段（非交联段），二者比例与运动状态，直接决定粘附性能与实用强度。

硬段：定内聚力，防 “自断"

硬段是交联形成的刚性部分，像 “骨架" 般提供内聚力。比例过低，水凝胶易在粘附时断裂；过高则材料变硬脆，难贴合不规则表面，反而降粘附效果。

软段：主粘附力，促 “贴合"

软段是未交联的柔性部分，是粘附力核心。柔性越强、比例越优，水凝胶越易润湿被粘表面（皮肤、金属等），通过范德华力、氢键实现紧密结合。但软段并非越多越好：过多易蠕变、降强度，过少则难润湿、弱粘附。

可见，超-强粘合水凝胶的高粘附力，本质是硬段与软段 “软硬平衡" 的结果 —— 软段保贴合，硬段保稳定。但如何精准检测二者比例及运动状态？过去的传统方法始终有局限。

二、检测方法的局限：无法精准解析 “软硬平衡"，配方优化如 “盲人摸象"

低场核磁技术应用前，行业主要靠溶胀法和热分析法（TGA、DSC）评估水凝胶性能，但二者缺陷明显，难捕捉 “软硬段平衡" 信息，导致配方优化低效。

溶胀法：精度低、缺关键信息

通过溶剂浸泡测溶胀度推测交联密度（硬段指标），但受温度、溶剂浓度等影响，结果重复性差；且只能粗略判断交联度，无法区分软硬段比例与分子运动状态，难给配方调整提供方向。

热分析法：耗时久、难直接定位问题

需复杂升降温程序，单次测试数小时，不满足产线快速检测需求；且只能通过温度数据间接反推性能，无法直接获取分子链段运动状态，研发人员难定位粘附力不足的原因 —— 是软段比例不够？还是运动性差？如同 “盲人摸象"。

传统方法的缺陷，长期制约高粘附力水凝胶的研发效率，直到低场核磁共振技术出现，这一困境才被打破。

三、低场核磁共振技术：一分钟揭秘分子链段状态，直接关联粘附力

低场核磁共振技术之所以能成为解析超-强粘合水凝胶的 “利器"，核心在于其无损、快速、定量的优势 —— 无需破坏样品，1 分钟内即可完成测试，且能直接获取硬段、软段及中间相的比例与运动状态数据，从分子层面揭示 “粘附力强" 的本质。

1、技术原理：通过 “氢质子弛豫" 区分软硬段

低场核磁共振技术的核心逻辑，是基于水凝胶分子链中氢质子的弛豫行为差异，来区分硬段与软段的运动状态：

激发：通过脉冲磁场扰动水凝胶中的氢质子，使其自旋方向偏离平衡态；

弛豫：停止脉冲后，氢质子会逐渐恢复到平衡态，这一过程称为 “弛豫"。其中，硬段因分子运动受限（刚性强），氢质子恢复速度快，对应的 “T2 弛豫时间" 短；软段因分子运动自由（柔性强），氢质子恢复速度慢，对应的 “T2 弛豫时间" 长；

2、直接关联粘附力：软段指标是 “关键信号"

通过低场核磁共振技术，研发人员能直接将分子链段数据与粘附性能挂钩，快速判断 “超-强粘合水凝胶为什么能粘附力那么强"：

若测试结果显示，水凝胶的软段 T2 弛豫时间高、软段占比合理（通常软段占比需结合应用场景调整，如医疗敷料需兼顾柔性与强度），则说明软段的柔性与润湿性优异，能与被粘表面形成强分子间作用力，粘附力自然更强。

若软段 T2 值低（运动性差）或占比不足，则可直接判断 “粘附力不足" 的原因是软段性能不达标，进而针对性调整配方（如增加软段单体比例、优化交联度）；

若软段占比过高、硬段不足，则可通过补充硬段单体，避免水凝胶蠕变，保证实用粘附强度。

3、技术优势：解决传统方法的所有痛点

无损检测：无需切割、溶解样品，尤其适合珍贵的研发样品或成品检测；

超快速：1 分钟内完成测试，远超热分析法 “数小时" 的耗时，可满足产线实时监控与研发快速迭代需求；

定量精准：直接输出硬段、软段比例及运动状态数据，无需间接推测

回到最初的问题 ——“超-强粘合水凝胶为什么能粘附力那么强？" 答案其实很明确：是材料内部硬段与软段的 “软硬平衡"，尤其是软段的优异润湿性与合理占比，共同造就了高粘附力。而低场核磁共振技术的出现，让这一 “分子层面的平衡" 从 “看不见、摸不着" 变为 “可量化、可调控"，彻-底改变了行业过去依赖经验、效率低下的研发模式。

实验案例：低场核磁技术测试不同熟化时间的psa压胶的软硬段

→硬段弛豫时间、硬段比例变化不大，内聚力差异不大，说明残胶有可能是粘附力失控造成的

→软段弛豫时间随着熟化时间增加，T2时间变短，软段变硬，粘性变弱

→软段弛豫时间满足1.5ms<T23<2ms范围内，psa胶能满足粘性条件且无残胶问题。