@ 2019.12.14 , 10:00

堪比生物组织的多功能自修复水凝胶

人造组织越来越逼真。澳大利亚的科学家现在又创造出一种新的果冻状材料,他们声称这种材料具有真实皮肤、韧带甚至骨骼的强度和耐用性。

澳大利亚国立大学化学家Luke Connal解释说:“采用我们在水凝胶中添加的特殊化学物质,它可以像人类的皮肤一样自我修复。水凝胶柔软易碎,但我们的材料如此坚固,可以承拉重物,可以像人体肌肉一样变形。”

具有如此卓越性能的柔性材料对下一代软体机器人和生物医学设备的研发而言,意义巨大。虽然灵感来自于水母、海参和捕蝇草,发明具有多功能的可变形水凝胶,对科学家来说也是一项挑战。

某些水凝胶可以承受机械应力,其它的水凝胶具有自我修复的特性,另一些则具有记忆形状或改变颜色的能力。

据ANU研究人员所知,之前没有谁能够将所有这些功能整合到一种材料中。

通过多次测试,研发人员声称,他们已经创造出了第一款动态水凝胶,具有坚固、柔韧、抗疲劳和自修复的能力,并且具有形态记忆特性。

“实验里,在热刺激下以可逆和可重复的方式提拉重物,进一步展现了多功能水凝胶的优势。”

与许多其他水凝胶需要10分钟或更长时间来恢复形状不同,ANU的研究人员指出,它们的凝胶仅需10秒。关键在于凝胶的动态氢键和动态亚胺(碳-氮)键,它们结合出“前所未有的特性”。

动态键对刺激具有很高的响应能力,非常适应环境,又易于自我修复,尤其是亚胺键具有快速的反应动力学机制,可以实现快速自我修复。

此外,只需简单的化学手段,就能轻松制备出这些材料,如果将其他聚合物添加到分子混合物中,也许可以实现更多功能。

如果精心控制响应温度,论文作者认为,有一天可以利用它们来实现人造肌肉。

“在许多科幻电影中,我们看到功能卓越的人形机器。我们的研究朝这一目标迈出了重要的一步。”材料工程师Zhen Jiang说,“我们预计从事下一代软体机器人研究的人员将对我们水凝胶的新方法兴趣十足。”

同时,该团队希望将其水凝胶转变为可3D打印的墨水。

该研究发表在《前沿材料》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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