「人造肌肉」也能被製造了？

科技日報訊 （記者王小龍）日本科學家日前開發出一種伸縮性和機械強度極好的水凝膠，無論是拉扯、按壓還是纏繞、打結都不會對其造成損傷，徹底改變此前溫度和pH值敏感性水凝膠脆弱易損的形象，為水凝膠的大規模商業化應用鋪平了道路。相關論文發表在《自然·通訊》雜誌上。

圖片顯示了新型水凝膠耐拉伸（a）、按壓（b）、纏繞（c）、切割（d）以及遇水易膨脹（e）的特性。

水凝膠能夠在不同的條件下可逆地改變其大小和形狀。這種特性使其應用領域極為廣泛，如人造肌肉、藥物遞送或感測器應用等。但是刺激敏感性水凝膠已經研究了數十年仍然沒有實現商業化應用，其中最大的問題就是這種材料通常都比較柔軟和脆弱，在拉伸時極易發生斷裂。

所有的水凝膠都是由一種聚合物網格組成，具有較高的含水量。此前不少研究曾嘗試通過改變聚合物結構的方式來增強其強度，但結果發現這樣同時也會改變水凝膠的刺激敏感性。

由日本名古屋大學和東京大學的研究人員所製造出的這種新型水凝膠，不但具有溫度和pH值敏感性，同時還擁有極佳的伸縮性和機械強度。物理學家組織網10月23日（北京時間）報道稱，其設計靈感來自最近一項被稱為「滑環凝膠」的研究，即分子可以通過交聯聚合物的8字狀的結孔滑動。這種滑動被稱為「滑輪效應」。通過聚合物網格中較小的應力，滑輪效應大大增強了水凝膠的強度。此外在新的研究中，研究人員還通過離子部位的聚合物網格來增強水凝膠的伸縮性，並使其能夠調節水凝膠對溫度以及pH值的響應。

由此產生的水凝膠具有許多優異性能。它們能夠經受住拉扯、壓縮、纏繞、打結而不會折斷。即便用鋒利的刀也不會被輕易切斷。此外，它們還可以吸收大量的水分，使自重增加620倍，在水中體積會顯著增加。

論文合著者日本名古屋大學武岡幸和說：「在我看來，這項工作最大的意義在於，不僅為化學家，也為其他領域，如物理學、生物學和工程學的研究人員提供了一種容易獲取的、具有極強伸縮性的水凝膠。這些水凝膠在科學家的手中將具有無限的可能性。」

實驗結果表明，即便是對水凝膠聚合物網格進行較小的修改，也會使其化學特性發生急劇變化。這種製備方法簡單通用，能夠很容易與其他工藝相結合。武岡幸和稱，通過技術改進，他們還能讓這種水凝膠的伸縮性能得到進一步提升。

註：人造肌肉的研究始於20世紀40年代，但真正取得進展則是最近10餘年的事。就目前的研究情況來看，人造肌肉的彎曲、延伸、扭動和收縮行為已經非常接近真正的肌肉纖維。開發人造肌肉不僅具有重大醫學意義，對機器人技術的發展也至關重要。隨著各種人造肌肉的出現，機器人也變得越來越難以與真人區分。作為一種高吸水高保水材料，水凝膠已被廣泛應用於醫療中的藥物載體，如今有望擴展到人造肌肉領域，或將引領機器人技術的又一次飛躍。

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