日本科研团队近日在《自然通讯》杂志发表重要研究成果，首次利用高速原子力显微镜(HS-AFM)实时记录了超分子凝胶形成的完整动态过程。这项突破性研究不仅颠覆了传统认知，还为未来智能材料的精准设计提供了关键理论依据。

超分子凝胶自组装过程首次可视化

超分子凝胶作为一种具有广阔应用前景的软材料，其分子自组装机制一直难以直接观测。传统理论认为，凝胶纤维的形成遵循"先细后粗"的生长模式，即分子首先组装成细纤维，再逐渐增粗形成最终结构。然而，日本研究团队通过HS-AFM技术获得的实时影像显示，超分子凝胶纤维直接从溶液中以较粗的形态出现，完全跳过了预期的中间阶段。

更令人意外的是，研究人员观察到纤维生长呈现独特的"走走停停"模式：快速延伸后突然暂停，随后又恢复生长。这种间歇性生长行为在以往研究中从未被直接记录。为解释这一现象，团队提出了创新的"块堆叠模型"，认为纤维表面粗糙度的周期性变化是导致生长暂停和重启的关键因素。

两阶段生长机制与定量分析突破

通过对影像资料的定量分析，研究团队将超分子凝胶的形成过程明确划分为两个阶段：

成核阶段：分子聚集形成稳定的"种子"结构

生长阶段：纤维从这些核心位置开始延伸

研究首次精确计算出形成稳定核所需的最小分子数量，这一数据为理解自组装的初始步骤提供了宝贵参考。计算机模拟结果进一步验证了"块堆叠模型"的准确性，完美再现了观察到的间歇性生长特征。

智能材料研发的新方向

这项研究的突破性意义在于：

首次直接观测而非间接推断分子自组装全过程

建立了更准确的超分子凝胶形成理论模型

为材料性能的精确调控提供了新思路

研究人员指出，基于对组装路径的深入理解，未来可以针对特定阶段设计超分子凝胶的性能，如机械强度、环境响应速度或药物释放效率。这将大大加速新一代智能材料的开发进程，在靶向给药、组织工程和环境治理等领域具有重要应用价值。

更多信息： Shinya Kimura 等人，从分子水平洞察尿素衍生物的超分子凝胶化机理，《自然通讯》 (2025)。期刊信息： 《自然通讯》