仿“肌”材料自生长 柔性“外骨骼”再添希望

《科学日报》北京2月11日电(记者胡定坤)几天前，日本北海道大学的研究人员在《科学》杂志上写道，模仿骨骼肌的新材料经过反复拉伸后会变得更加强健，有望在未来用于制造柔韧的“机械外骨骼”。该研究成果为制造可随周围环境调整和加强并可长期使用的材料铺平了道路。

来自北海道大学的龚建平团队设计了一种具有双重网络结构的水凝胶材料，它由85%的水和两层聚合物组成，一层是硬而脆的，另一层是软而韧的。水凝胶材料浸泡在含有单分子的溶液中。当水凝胶受到拉伸力时，硬而脆的聚合物链将断裂，并且单个分子从周围溶液进入水凝胶材料并连接到聚合物链以形成新的聚合物网络，其起到增强作用。

这种材料的研究和开发受到了人类骨骼肌“锻炼和生长”过程的启发。例如，在健身房进行力量训练后，原来的肌肉纤维会分解，血液会输送新的氨基酸来促进更强纤维的形成。如果水凝胶材料被认为是“肌肉”，单分子溶液是“血液”，单分子起“氨基酸”的作用。

研究表明，类似于骨骼肌的长期力量训练，经过反复拉伸后，新材料的强度和硬度可分别提高1.5倍和23倍，高分子聚合物的重量可提高86%。研究人员还可以通过改变单个分子的类型来改变材料对温度变化的反应，即高温加热会使凝胶表面更加防水。

研究人员表示，他们开发的自生长凝胶材料可以为骨伤患者构建更加灵活的“机械外骨骼”，帮助患者康复和生活。这些“外骨骼”在使用过程中将变得更加“强壮”和有效。龚教授解释说:“由于不同类型的双网络凝胶具有相似的机械性能，这一过程可以应用于各种相似的凝胶，具有广泛的潜在应用。”