科技日報訊 （記者王小龍）日本科學(xué)家日前開發(fā)出一種伸縮性和機(jī)械強(qiáng)度極好的水凝膠，無論是拉扯、按壓還是纏繞、打結(jié)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(guī)模商業(yè)化應(yīng)用鋪平了道路。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

　　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(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，如人造肌肉、藥物遞送或傳感器應(yīng)用等。但是刺激敏感性水凝膠已經(jīng)研究了數(shù)十年仍然沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)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(fā)生斷裂。

　　所有的水凝膠都是由一種聚合物網(wǎng)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(jié)構(gòu)的方式來增強(qiáng)其強(qiáng)度，但結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(xué)和東京大學(xué)的研究人員所制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(jī)械強(qiáng)度。物理學(xué)家組織網(wǎng)10月23日（北京時間）報道稱，其設(shè)計(jì)靈感來自最近一項(xiàng)被稱為“滑環(huán)凝膠”的研究，即分子可以通過交聯(lián)聚合物的8字狀的結(jié)孔滑動。這種滑動被稱為“滑輪效應(yīng)”。通過聚合物網(wǎng)格中較小的應(yīng)力，滑輪效應(yīng)大大增強(qiáng)了水凝膠的強(qiáng)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(wǎng)格來增強(qiáng)水凝膠的伸縮性，并使其能夠調(diào)節(jié)水凝膠對溫度以及pH值的響應(yīng)。

　　由此產(chǎn)生的水凝膠具有許多優(yōu)異性能。它們能夠經(jīng)受住拉扯、壓縮、纏繞、打結(jié)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(xué)武岡幸和說：“在我看來，這項(xiàng)工作最大的意義在于，不僅為化學(xué)家，也為其他領(lǐng)域，如物理學(xué)、生物學(xué)和工程學(xué)的研究人員提供了一種容易獲取的、具有極強(qiáng)伸縮性的水凝膠。這些水凝膠在科學(xué)家的手中將具有無限的可能性?！?/p>

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即便是對水凝膠聚合物網(wǎng)格進(jìn)行較小的修改，也會使其化學(xué)特性發(fā)生急劇變化。這種制備方法簡單通用，能夠很容易與其他工藝相結(jié)合。武岡幸和稱，通過技術(shù)改進(jìn)，他們還能讓這種水凝膠的伸縮性能得到進(jìn)一步提升。

　　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。

　　總編輯圈點(diǎn)

　　人造肌肉的研究始于20世紀(jì)40年代，但真正取得進(jìn)展則是最近10余年的事。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(jīng)非常接近真正的肌肉纖維。開發(fā)人造肌肉不僅具有重大醫(yī)學(xué)意義，對機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也至關(guān)重要。隨著各種人造肌肉的出現(xiàn)，機(jī)器人也變得越來越難以與真人區(qū)分。作為一種高吸水高保水材料，水凝膠已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療中的藥物載體，如今有望擴(kuò)展到人造肌肉領(lǐng)域，或?qū)⒁I(lǐng)機(jī)器人技術(shù)的又一次飛躍。