研究团队开发双重网络结构水凝胶,可构建高分子聚合物新“肌肉”

发布时间:2019-02-13

日前, 日本北海道大学研究人员在《科学》杂志上撰文指出,模仿骨骼肌的新型材料可在反复拉伸后变得更强健,未来有望用于制造柔性“机械外骨骼”。研究成果为制造出能随周围环境而调整和增强的、可以长期使用的材料铺平了道路。

 

据报道显示,北海道大学龚剑萍团队受到骨骼肌生长特性的启发而开发出这种新材料。在健身房训练后,骨骼肌肌肉纤维会撕裂,而血液会运送新的氨基酸以生成更强壮的新纤维。


 


据了解,研究人员设计的这种新型材料具有双重网络结构的水凝胶材料,它有两层高分子聚合物网络,一层硬而脆,另一层软而韧。这种水凝胶材料浸泡在一种含有单分子的溶液中。如果将水凝胶材料看成“肌肉”,单分子溶液就是“血液”,而此时单分子则扮演了“氨基酸”的角色,可以构建高分子聚合物的新“肌肉”。

 

据研究,当水凝胶受到拉伸的力时,硬而脆的高分子链会断裂,溶液中的单分子会连接到高分子链上,使材料变得更硬,形成新的聚合物网络,起到增强作用。



研究显示,类似于骨骼肌进行长期力量训练,经过反复拉伸后,新型材料的强度和硬度可分别提高1.5倍和23倍,其中高分子聚合物的重量可以增加86%。研究人员还能够通过改变单分子种类将材料对力的反应变为对温度变化的反应,即在高温下加热,凝胶表面会变得更防水。

 

研究人员说,这种自生长材料有望用于制造柔性的护具,可以像健身增肌那样在反复拉伸后变得更强健。龚教授解释说:“由于不同类型的双重网络凝胶具有相似的机械特性,这一工艺可应用于各种类似凝胶,潜在的应用范围很广。”

 

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