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【澳洲团队研发出可变形水凝胶:可模仿皮肤、韧带和骨骼】

2020-02-12 点击:979

最近,澳大利亚国立大学(ANU)的一个团队开发了一种具有许多活体组织特征的果冻状材料。这种“果冻”状材料是一种水凝胶,它不仅可以自我修复,而且非常坚固,可以改变形状,使其模仿皮肤、韧带和骨骼。

(上图显示水凝胶可以模拟活体组织。资料来源:ANU)

该研究目前发表在国际着名的材料杂志《先进材料》(高级材料)上。

水凝胶是一种亲水性强的3D聚合物结构,可容纳90%以上的水。到目前为止,它们已经被用作生物工程、自冲洗伤口敷料、隐形眼镜、尿布、土壤保湿和假肢的支架。

然而,科学家特别感兴趣的水凝胶的特征之一是它们如何模拟活体组织,不仅在静态特性方面,而且在刺激时在改变体积和模拟活体组织方面。

对于ANU研究,由化学研究所副教授卢克康纳(Luke Conor)领导的研究小组引入了动态化学键,这种化学键可以使水凝胶像皮肤一样“自我愈合”,也可以充当人造肌肉。

根据ANU的说法,基于新水凝胶(酸-醚氢键和亚胺键)的材料可以在下一代软机器人中得到应用。此外,水凝胶可用作3D打印墨水,并可放大生产更先进的医用植入物和能潜水的软机器人。

康纳说:“当我们在水凝胶中加入一些特定的化学物质时,它可以像人类皮肤一样在破裂后自我修复。”“水凝胶通常很弱,但是我们的材料非常坚固,我们可以很容易地‘举起’重物,并像人体肌肉一样改变它们的形状。这使得我们的水凝胶适用于所谓的软机器人中的人造肌肉。我们的水凝胶具有自我修复的能力及其柔韧性和强度,是可穿戴技术和各种其他生物医学设备的理想材料。”

具有协同作用和工程材料特性的多功能可变形水凝胶的实现是其扩大应用的理想选择,但仍然是一个持续的挑战。各种动态化学的协同设计为这类材料的发展提供了新的方向。

上述方法采用简单且可扩展的化学方法生产出双动态水凝胶网络,该网络具有高吸水性、高强度和韧性、优异的抗疲劳性、快速有效的自修复和超快速可编程形状改变。

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