南医大四附院超声医学科于杂志《Advanced Functional Materials》发表论文——“Bilayer Gradient Hydrogel with Topological Crosslinking for High-Sensitivity Tactile Perception and Information Encryption”，该研究采用离子扩散诱导和强弱拓扑交联两步工艺协同制备了类皮肤结构的双层梯度水凝胶，超声医学科刘瑶为本文的第一通讯作者。

人体生物组织，如皮肤、软骨、肌腱在高强度载荷下具有稳定性和耐磨性，这是因为其中复杂的互锁纤维和高度有序纳米级纤维结构造成的。受生物组织结构和组成的启发，双网络策略、机械和热训练、纳米填料的添加、盐析和定向冷冻的协同作用等多种方法在增强水凝胶韧性方面取得了重大突破。然而，虽然这些方法可以提高能量耗散但会降低传感灵敏度。因此，需要开发新的策略来同时实现水凝胶高灵敏度、宽传感范围和高机械稳定性。

本研究采用离子扩散诱导和强弱拓扑交联两步工艺协同制备了类皮肤结构的双层梯度水凝胶。水凝胶可以检测不同的人体运动（呼吸、脉搏、手指弯曲等）并且可执行二进制信息加密。

人的手指具有稳定的高灵敏度和广泛的触觉感知，这是由于皮肤表面的梯度微结构和互锁的胶原纤维。然而，在人造皮肤中同时实现多种功能的增强仍然存在巨大的挑战。受皮肤独特结构的启发，本研究采用离子扩散诱导和强弱拓扑交联两步工艺协同制备双层梯度水凝胶。Zn2+首先扩散，诱导形成弱键，赋予材料弹性。随后，Fe3+/Zn2+扩散构建强弱拓扑交联网络，增强水凝胶韧性的同时降低了脆性。 

由于其独特的设计，水凝胶对遭受的不同大小应力采用自适应能量耗散策略，这确保了水凝胶高灵敏度(3.31 kPa, 0-2 kPa)，宽感应范围(0.4-40.6 kPa)，以及出色的稳定性(500次循环)。这种灵活的方法可以实现三维可编程设计，包括离子扩散类型、方向和形状。这种水凝胶可以检测到羽毛的轻拂和人体运动，并且具有良好的生物相容性。它可利用应力大小产生的显著差异来执行二进制信息加密。本研究制备的类皮肤水凝胶在生物医学领域具有潜在的应用。