北海道大學(xué)龔劍萍教授團(tuán)隊(duì)研究人員開(kāi)發(fā)出一種策略來(lái)制造材料，這些材料在模仿骨骼肌生長(zhǎng)的機(jī)械壓力下變得更強(qiáng)。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，可以為長(zhǎng)效材料鋪平道路，這種材料可以根據(jù)周圍環(huán)境進(jìn)行調(diào)整和加強(qiáng)。
該策略的靈感來(lái)自使人類骨骼肌變得更強(qiáng)壯的過(guò)程。例如，在健身房進(jìn)行力量訓(xùn)練后，肌肉纖維會(huì)分解，從而促進(jìn)新的，更強(qiáng)壯的纖維的形成。要做到這一點(diǎn)，肌肉必須提供氨基酸，蛋白質(zhì)的構(gòu)建塊，它們連接在一起形成肌肉纖維。
北海道大學(xué)龔劍萍教授研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種采用“雙網(wǎng)水凝膠”的策略，模仿骨骼肌的構(gòu)建過(guò)程。
雙網(wǎng)水凝膠是一種柔軟但堅(jiān)韌的材料，由約85％（重量）的水和兩種類型的聚合物網(wǎng)絡(luò)組成：一種是剛性和脆性，另一種是柔軟和可拉伸的。
研究小組將一種雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠放入含有分子的溶液中，這些分子稱為單體，可以連接形成稱為聚合物的較大化合物。該解決方案模擬了攜帶氨基酸的血液循環(huán)到骨骼肌的作用。
對(duì)水凝膠施加拉伸力（拉伸）會(huì)使其一些剛性和脆性聚合物鏈斷裂。這導(dǎo)致在破碎的聚合物鏈的末端產(chǎn)生稱為“mechanoradicals”的化學(xué)物質(zhì)。這些機(jī)械裝置可以觸發(fā)從周圍溶液吸收到水凝膠中的單體與聚合物網(wǎng)絡(luò)的連接，從而強(qiáng)化材料。
隨著連續(xù)拉伸，更多的分解和積聚發(fā)生，類似于進(jìn)行力量訓(xùn)練的骨骼肌。通過(guò)這一過(guò)程，水凝膠的強(qiáng)度和剛度分別提高了1.5倍和23倍，聚合物的重量增加了86％。該團(tuán)隊(duì)還能夠通過(guò)使用改變凝膠對(duì)熱的反應(yīng)的特定單體來(lái)定制材料對(duì)機(jī)械力的響應(yīng);在高溫下加熱，凝膠表面變得更耐水。
研究人員表示，他們的工作可以幫助開(kāi)發(fā)自我生長(zhǎng)的凝膠材料，用于骨骼損傷患者的靈活外科手術(shù);這些套裝在使用得越多就越有可能變得越來(lái)越強(qiáng)大。龔教授解釋說(shuō)：“由于許多類型的DN凝膠具有相似的機(jī)械特性，因此該工藝可應(yīng)用于各種凝膠，擴(kuò)大了潛在應(yīng)用范圍！
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