西北大学研究人员领导的一项研究报告称，团队开发并应用了一种在水凝胶保持完全溶剂化状态下观察其纳米与微观结构的方法。研究显示，甲基纤维素——生物医学研究与消费品中常用的水凝胶成型材料之一——会自我组织成标准表征技术难以可视化的结构架构，并可能显著影响材料的力学表现。

研究论文第一作者为西北大学博士生Nathan Rosenmann，成果于2026年3月11日发表在《自然材料》（Nature Materials）。研究团队表示，新观察到的结构特征意味着该材料的刚度可能比此前认识高出几个数量级，相关理论模型在纳入这些信息后，有望更好地预测其力学行为。

在方法上，团队使用变温液体池透射电子显微镜（VT-LCTEM）对甲基纤维素水凝胶进行成像，在尽量减少制样干扰的条件下，实时观察其在完全溶剂化状态下的组装过程。同时，研究还结合澳大利亚核技术组织（ANSTO）澳大利亚中子散射中心的小角与超小角中子散射（SANS、USANS）等技术，对结构进行多尺度验证。

研究结果对一项自2013年里程碑式研究以来广泛采用的结构模型提出了修正。团队指出，形成凝胶的单根纤维并非以类似“松散缠结网络”的方式主导整体结构，而是会进一步聚集成更大且显著更刚硬的束状结构；凝胶强度的关键决定因素被认为来自这些束状结构而非单根纤维。

多种方法的结果一致显示：单根纤维在加热时按预期形成，随后继续组装为直径约1至4微米的束状结构。研究称，这些束状结构的刚度约为其组成纤维的100倍；其持久长度（用于直接衡量结构刚性的指标）相较先前研究对单根纤维的报告值最高可高出1000倍。

中子散射测试进一步支持了上述分层结构。研究团队在Quokka与Kookaburra仪器上结合SANS与USANS对样品进行测试，获得从1纳米到20微米的多尺度信息。论文合著者、首席仪器科学家Jitendra Mata副教授表示，在不同温度范围内测试样品并在较高温度下观察到微米尺度信号的出现，增强了对该结构特征的信心；他同时指出，早期的SANS与SAXS测量未覆盖检测该现象所需的更大q/尺寸范围。

西北大学Jacob & Rosaline Cohn化学、材料科学与工程、生物医学工程及药理学教授Nathan C. Gianneschi表示，团队此前推测，若能在液态条件下用高分辨率透射电子显微镜对水凝胶成像，可能获得传统成像因干燥或稀释而无法捕捉的结构信息；而在该条件下直接观察到材料形成过程，为进一步探索水凝胶结构与功能关系提供了新的路径。

研究作者同时指出，该方法仍需进一步优化。团队认为，长期存在的结构与功能之间差距并非源于模型本身的缺陷，而与此前对材料分层结构程度的低估有关。