【本站讯】高盐环境广泛存在于油气开发、污水处理、海洋工程及生物医用材料等应用场景中。水凝胶作为一类由聚合物链交联形成的软物质材料，具有良好的吸水溶胀能力、可调控的力学性能和功能负载能力，在提高原油采收率、环境治理和生物医药等领域具有重要应用前景。然而，传统水凝胶在高离子强度环境中通常面临明显的性能衰减。盐离子引起的静电屏蔽、水合竞争和聚合物链构象变化，往往会导致凝胶脱水收缩、网络塌陷和力学性能下降。更重要的是，凝胶的高溶胀性与高力学强度通常难以兼具：溶胀会稀释聚合物网络并降低有效承力连接，使材料在吸水膨胀后更容易变软、变弱。因此，如何构建一种能够在高盐环境中同时实现高溶胀和高强度的水凝胶材料，是功能凝胶领域长期面临的重要挑战。

针对这一问题，我校石油工程学院张丽媛教授团队提出了一种离子触发的可重构双网络水凝胶设计策略。研究团队通过构建由聚（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）（AMPS）网络与含两性离子单体SBVI的AM-SBVI网络组成的双网络体系，制备了盐适应水凝胶DAMPS/AM-SBVI。该材料并非简单地“抵抗”盐环境对凝胶的破坏，而是利用盐离子作为响应信号，诱导凝胶内部拓扑结构发生重构：在去离子水中，SBVI链段倾向于形成链内离子对环结构，限制链段伸展；进入盐水环境后，离子屏蔽作用削弱链内离子对，使其打开并重新与AMPS网络中的磺酸基形成链间可逆离子桥。通过这种链内环结构向链间承力桥的转变，凝胶在溶胀过程中反而形成更多有效承力连接，从而实现高盐环境下溶胀性与力学性能的协同增强。

研究结果表明，DAMPS/AM-SBVI水凝胶在200 g/L NaCl溶液中表现出显著的盐增强效应。与去离子水中相比，其拉伸强度提高至1.63倍，溶胀率提高至1.21倍，突破了传统水凝胶“越溶胀越软弱”的性能限制。进一步研究发现，该凝胶在盐水中由水中的非均相结构转变为更加均一、连通的网络结构。小角X射线散射（SAXS）和X-ray光电子能谱（XPS）结果证实了盐诱导的结构均化与电荷重新分布；密度泛函理论（DFT）计算进一步表明，盐环境能够增强SBVI与AMPS之间的离子关联作用。研究团队还基于橡胶弹性理论和Flory-Rehner热力学框架，引入有效桥联密度、有效Flory-Huggins参数和绝对环分数等描述符，定量解析了盐诱导拓扑重构过程，揭示了材料在高盐环境中由非承力链内环转变为承力链间桥的热力学本质。该研究不仅提出了一种盐适应水凝胶的材料设计新思路，也为高盐复杂环境下软材料性能调控提供了新的理论依据。岩心驱替实验进一步表明，该水凝胶在高盐多孔岩心中具有良好的注入性、封堵性能和可降解特征，显示出其在高盐油藏调剖堵水、提高原油采收率等领域的应用潜力。该工作从分子设计、网络结构、热力学机制到多孔介质应用进行了系统研究，为开发面向极端盐环境的智能功能凝胶材料提供了重要参考。

相关成果以“Ion-triggered reconfigurable hydrogels with salt-enhanced mechanical and swelling properties via network topological adaptation”为题，发表于《Nature Communications》。中国石油大学（华东）石油工程学院博士生任玲玲为论文第一作者，中国石油大学（华东）张丽媛教授和青岛科技大学程浩然教授为共同通讯作者，中国石油大学（华东）为第一署名单位和通讯单位。该研究得到国家自然科学基金等项目资助。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-73723-8