堪比生物組織的多功能自修復水凝膠

2020-11-25 騰訊網

人造組織越來越逼真。澳大利亞的科學家現在又創造出一種新的果凍狀材料，他們聲稱這種材料具有真實皮膚、韌帶甚至骨骼的強度和耐用性。

澳大利亞國立大學化學家Luke Connal解釋說：「採用我們在水凝膠中添加的特殊化學物質，它可以像人類的皮膚一樣自我修復。水凝膠柔軟易碎，但我們的材料如此堅固，可以承拉重物，可以像人體肌肉一樣變形。」

具有如此卓越性能的柔性材料對下一代軟體機器人和生物醫學設備的研發而言，意義巨大。雖然靈感來自於水母、海參和捕蠅草，發明具有多功能的可變形水凝膠，對科學家來說也是一項挑戰。

某些水凝膠可以承受機械應力，其它的水凝膠具有自我修復的特性，另一些則具有記憶形狀或改變顏色的能力。

據ANU研究人員所知，之前沒有誰能夠將所有這些功能整合到一種材料中。

通過多次測試，研發人員聲稱，他們已經創造出了第一款動態水凝膠，具有堅固、柔韌、抗疲勞和自修復的能力，並且具有形態記憶特性。

「實驗裡，在熱刺激下以可逆和可重複的方式提拉重物，進一步展現了多功能水凝膠的優勢。」

與許多其他水凝膠需要10分鐘或更長時間來恢復形狀不同，ANU的研究人員指出，它們的凝膠僅需10秒。關鍵在於凝膠的動態氫鍵和動態亞胺(碳-氮)鍵，它們結合出「前所未有的特性」。

動態鍵對刺激具有很高的響應能力，非常適應環境，又易於自我修復，尤其是亞胺鍵具有快速的反應動力學機制，可以實現快速自我修復。

此外，只需簡單的化學手段，就能輕鬆製備出這些材料，如果將其他聚合物添加到分子混合物中，也許可以實現更多功能。

如果精心控制響應溫度，論文作者認為，有一天可以利用它們來實現人造肌肉。

「在許多科幻電影中，我們看到功能卓越的人形機器。我們的研究朝這一目標邁出了重要的一步。」材料工程師Zhen Jiang說，「我們預計從事下一代軟體機器人研究的人員將對我們水凝膠的新方法興趣十足。」

同時，該團隊希望將其水凝膠轉變為可3D列印的墨水。

該研究發表在《前沿材料》上。

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