日本北海道大學(xué)研究人員近日在《科學(xué)》雜志上撰文指出，模仿骨骼肌的新型材料可在反復(fù)拉伸后變得更強(qiáng)健，未來(lái)有望用于制造柔性“機(jī)械外骨骼”。研究成果為制造出可長(zhǎng)期使用、能隨周圍環(huán)境而調(diào)整和增強(qiáng)的材料鋪平了道路。

北海道大學(xué)龔劍萍團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種具有雙重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠材料，它由85%的水和兩層高分子聚合物構(gòu)成，一層硬而脆，另一層軟而韌。這種水凝膠材料浸泡在一種含有單分子的溶液中，當(dāng)水凝膠受到拉伸的力時(shí)，硬而脆的高分子鏈會(huì)斷裂，單分子從周圍的溶液中進(jìn)入水凝膠材料，連接到高分子鏈上，形成新的聚合物網(wǎng)絡(luò)，起到增強(qiáng)作用。

該材料的研發(fā)靈感源于人體骨骼肌的“鍛煉生長(zhǎng)”過(guò)程。例如，在健身房進(jìn)行力量訓(xùn)練后，原有肌肉纖維會(huì)分解，血液會(huì)輸送新的氨基酸促使形成更強(qiáng)纖維。如果將水凝膠材料看成“肌肉”，單分子溶液就是“血液”，單分子則扮演了“氨基酸”的角色。

研究顯示，類似于骨骼肌進(jìn)行長(zhǎng)期力量訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)反復(fù)拉伸后，新型材料的強(qiáng)度和硬度可分別提高1.5倍和23倍，其中高分子聚合物的重量可以增加86%。研究人員還能夠通過(guò)改變單分子種類將材料對(duì)力的反應(yīng)變?yōu)閷?duì)溫度變化的反應(yīng)，即在高溫下加熱，凝膠表面會(huì)變得更防水。

研究人員表示，他們開發(fā)的自生長(zhǎng)凝膠材料，能夠?yàn)楣趋罁p傷患者建造更靈活的柔性“機(jī)械外骨骼”，輔助患者康復(fù)和生活，這些“外骨骼”在使用過(guò)程中會(huì)變得更“強(qiáng)壯”和更有效。龔劍萍解釋說(shuō)：“由于不同類型的雙重網(wǎng)絡(luò)凝膠具有相似的機(jī)械特性，這一工藝可應(yīng)用于各種類似凝膠，潛在的應(yīng)用范圍很廣。”