澳洲团队研发出可变形水凝胶：可模仿皮肤、韧带和骨骼

近日，澳大利亚国立大学（ANU）的一个团队开发出一种具有许多活组织特性的果冻状材料。这种类似“果冻”的材料是水凝胶的一种形式，不仅可以自我修复，而且非常结实，并且可以改变其形状——这就让它可以模仿皮肤、韧带和骨骼。

（上图展示了可仿活体组织的水凝胶。图源：ANU）

该研究目前被发表在国际知名材料杂志期刊《先进材料》（Advanced Materials）。

水凝胶是3D聚合物结构，具有强亲水性，可以容纳90％以上的水。迄今为止，它们已被用作生物工程、自灌伤口敷料、隐形眼镜、尿布、土壤保湿和假肢的支架。

但是，科学家特别感兴趣的水凝胶的一个特征是它们如何模仿活体组织，不仅仅是在静态特征方面，在受刺激时还可以改变体积，可模仿活组织。

对于ANU研究，由化学研究学院的副教授卢克·康纳尔（Luke Connal）领导的研究团队引入了动态化学键，这些键可使水凝胶像皮肤一样“自愈”，也可以充当人造肌肉。

据ANU的说法，基于新型水凝胶的材料（酸-醚氢键和亚胺键）可以在下一代软机器人中找到应用。此外，水凝胶可以用作3D打印墨水，并且可以按比例放大，以生产更先进的医疗植入物和可以潜水的软机器人。

康纳尔表示：“当我们在水凝胶中加入某些特定的化学物质后，它可以像人的皮肤一样在断裂后自我修复。” “水凝胶通常很弱，但是我们的材料是如此坚固，可以轻易‘举’起很重的物体，并且可以像人的肌肉一样改变其形状。这使我们的水凝胶适合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以及其灵活性和强度，使其成为可穿戴技术和各种其他生物医学设备的理想材料。”

实现具有协同和工程材料特性的多功能可变形水凝胶对于其不断扩展的应用是非常理想的，但仍然是一个持续的挑战。多种动态化学的协同设计为此类材料的开发提供了新的方向。

上述这种方法利用简单且可扩展的化学方法来生产双动态水凝胶网络，该网络具有高吸水率、高强度和韧性，出色的抗疲劳性，快速有效的自修复以及超快速的可编程形状变更。