讓物體不易破碎的秘訣在於讓它更多地破碎——至少在微觀層面是這樣。當玻璃等脆性物質破碎時，只有碎片表面的分子參與了破碎；在各個碎片內部，材料實際上不受影響。為了降低脆性，研究人員設計出能夠將應力分佈到表面以下的材料，從而防止裂縫擴充套件，並防止物體一開始就破碎。
哈佛大學的鎖志剛及其合作者現已將這一原理應用於一類稱為水凝膠的材料。水凝膠由水和稱為聚合物的長分子網路組成，聚合物充當支架。鎖志剛的水凝膠具有橡膠的稠度，可以拉伸至其原始尺寸的 20 倍而不會斷裂。鎖志剛說，相比之下，普通的橡皮筋如果拉伸超過六倍就會斷裂。這種新材料還具有非凡的韌性，從技術意義上講，韌性是指在不破裂的情況下吸收壓力、張力或衝擊的能力。破壞這種水凝膠所需的能量是類似材料的 10 倍。
以前的水凝膠缺乏韌性，經常像豆腐一樣散架。鎖志剛的水凝膠的秘密在於它包含的不是一種而是兩種聚合物支架。第一種是由藻類衍生的長鏈碳水化合物製成的。這些鏈透過帶正電的鈣離子結合在一起，像拉鍊的兩側一樣配對。
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第二種支架由合成聚合物組成，其長鏈以強鍵連線在一起。當衝擊撞擊材料時，藻類衍生的鏈會解開，鈣離子會分散在水中。第二網路將應力分佈到裂紋表面更深處，因此能量會消散到更大體積的材料中。一旦應力消除，材料就會自愈，因為鈣離子被藻鏈中帶負電的片段吸引，將第一網路重新拉合在一起。
儘管這種新材料尚未準備好投入實際應用，但它表明水凝膠可能足夠堅固，可以用於組織工程和假肢等應用。“如今，如果您的軟骨受損，則很難更換，”鎖志剛說。任何人工替代品都需要至少與天然軟骨一樣堅韌。鎖志剛及其合作者在 9 月 6 日出版的《自然》雜誌上發表了他們的研究成果。
北海道大學的宮田邦彥表示，破壞這種新型水凝膠所需的能量“確實令人印象深刻”，他於 2003 年領導團隊首次開創了雙網路水凝膠。然而，宮田邦彥指出，新材料的自愈能力並不完全，而且有些緩慢，需要幾個小時。她說，為了在應用中發揮作用，該材料必須達到 100% 的癒合，並且在更短的時間內完成。