粘彈性是材料的重要力學性質之一，儲能模量直接反映材料彈性性質，損耗模量反映材料粘性性質。人體軟組織和天然抗震凝膠材料通常同時具有高的儲能模量和損耗模量。因此，製備這類材料一直是具有挑戰性的課題。
由於天然高分子（如多肽和蛋白）的凝膠化結構粘彈性模量通常比較低，目前，製備該類材料多見於通過合成特定結構的高分子或者採用高分子-無機複合的方法。膠體粒子凝膠的粘彈性研究則常見於一些具有弱的粘彈性模量的乳狀、漿料體系。常見的膠體粒子凝膠通常為微米尺度的二氧化矽、氧化鋁等微球的聚集組裝體，由於微球表面的穩定劑尺寸較微球尺度可以忽略不計，通常研究凝膠化作用只考慮穩定劑間靜電力，常用的理論模型多以硬球模型為基礎的修正模型。然而，由於純粒子組裝體生成的凝膠多為弱相互作用體系，粘彈性通常較低。
無機膠體納米粒子由於高的表面能而具有複雜的表面態結構，穩定劑分子與無機核尺度相差不大。因此，無機膠體納米粒子的可控組裝、生物效應、催化效率等不僅取決於無機納米粒子的結構或晶型，也通常與穩定劑的構型構象、穩定劑和無機核的配位結構等表面態性質相關。
溫州醫科大學、中國科學院溫州生物材料與工程研究所（籌）周雲龍研究員與密西根大學Kotov 教授團隊合作，通過調控溶液介電常數、製備了一系列包括生物分子為穩定劑的無機納米粒子凝膠，並研究了穀胱甘肽等分子配位的無機納米粒子的粘彈性特徵，建立了膠體納米粒子宏觀粘彈性、穩定劑分子與無機核的配位模型和理論模型。
研究發現，利用穀胱甘肽分子的「柔性」與 「硬度」的無機核的在相似尺度上的弱相互作用力協同作用，穀胱甘肽配位的碲化鎘納米粒子的優異粘彈係數最高可達1.83 MPa，較目前文獻報導的生物高分子凝膠優異粘彈係數高出100-1000倍，接近於商業化的粘彈性高分子基抗震凝膠。結合核磁共振分析和理論計算發現，該膠體納米粒子凝膠體系的粘彈性受穩定劑與無機核的配位結構調控。隨著納米粒子尺寸增大，穀胱甘肽分子在無機核晶稜和頂點處的三點配位結構比例逐漸降低，位於晶面的單點配位結構比例增高，穀胱甘肽納米粒子凝膠粘彈性隨之降低。
相關研究成果以「Unusual multiscale mechanics of biomimetic nanoparticle hydrogels」為題發表在Nature Communications上（2018，9:181）。（論文連結）該項工作得到了國家自然科學基金面上項目的資助（21573162，21773172）。（來源：科學網）