访谈

<p>聚丙烯酰胺凝胶(a)和藻酸盐凝胶(b)本身是脆性的</p><p>然而,新的水凝胶(c)具有更复杂的分子结构,有助于消除大面积的应力</p><p>红色圆圈代表钙离子,蓝色三角形和绿色方块代表链之间的共价交联图片由Jeong-Yun Sun和Widusha RK Illeperuma提供通过结合两种常见的聚合物,聚丙烯酰胺和藻酸盐,哈佛大学的科学家创造了一种新的水凝胶,能够在多个阶段保持其弹性和韧性,可能用于人造软骨,软机器人,光学,人工肌肉,以及作为伤口的保护性覆盖物哈佛大学的力学,材料科学和组织工程专家团队创造了一种极其有弹性和坚韧的凝胶,可能暗示用于替换人体关节中受损软骨的新方法新材料,一种水凝胶,是两种弱凝胶的强混合物,不仅可以蚀刻至其原始长度的21倍,但它也是坚韧,自我修复和生物相容性 - 在医学和组织工程中开辟新机会的属性材料,其性质和简单的合成方法在9月6日描述自然问题“传统的水凝胶非常脆弱 - 想象一个勺子突破果冻,”主要作者,哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)博士后研究员Jeong-Yun Sun说道,“但是因为[这些凝胶]是水基和生物相容的,人们希望将它们用于一些非常具有挑战性的应用,如人造软骨或脊椎盘</p><p>对于凝胶在这些环境中工作,它必须能够在压缩和张力下拉伸和膨胀而不会破坏“研究人员使用剃刀刀片切割凝胶上的2厘米切口在上图(左图)中,凝胶已经非常轻微地拉伸,因此切口可见</p><p>这种受损的凝胶仍能够伸展到其初始长度的17倍而不破坏照片由Jeong-Yun提供Sun Sun和他的合着者由Zhigang Suo,Joost J Vlassak和David J Mooney教授领导为了创造新的水凝胶,研究人员将两种常见的聚合物结合起来主要成分是聚丙烯酰胺,以其在软性隐形眼镜中的应用而闻名,也可作为在生物实验室中分离DNA片段的电泳凝胶;第二种成分是藻酸盐,一种通常用于增稠食物的海藻提取物</p><p>另外,这些凝胶都非常弱 - 例如,海藻酸盐在断裂前可伸展至其长度的12倍以8:1的比例组合然而,这两种聚合物形成一个复杂的交联链网络,相互加强</p><p>这种网络的化学结构允许分子在大面积上轻微拉开,而不是让凝胶破裂凝胶的藻酸盐部分由聚合物链组成,彼此形成弱离子键,在此过程中捕获钙离子(加入水中)当凝胶被拉伸时,链之间的一些键断裂 - 或“解压缩”,正如研究人员所说 - 释放钙结果,凝胶略微膨胀,但聚合物链本身保持完整</p><p>同时,聚丙烯酰胺链形成网格状结构,与藻酸盐链紧密结合如果凝胶acq在拉伸时会产生微小的裂缝,聚丙烯酰胺网格有助于在大面积上拉伸拉力,拉动藻酸盐的离子键并在此处解压缩研究团队表明,即使有巨大的裂缝,混合凝胶仍然可以拉伸至其初始长度的17倍研究人员将新凝胶的两端固定在夹具中并将其拉伸至其初始长度的21倍,然后再破坏照片由Jeong-Yun Sun提供重要的是,新的水凝胶能够保持其弹性和韧性多次拉伸如果凝胶有时间在拉伸之间放松,藻酸盐和钙之间的离子键可以“重新拉链”研究人员已经表明,提高环境温度可以加速这一过程研究人员在力学,材料方面的综合专业知识科学和生物工程使他们能够将机械学中的两个概念 - 裂缝桥接和能量耗散 - 应用于一个新问题“the unusua这种凝胶的高拉伸性和韧性,以及恢复,都令人兴奋,“索说 “现在我们已经证明了这是可能的,我们可以将它用作进一步研究水凝胶力学的模型系统,并探索各种应用”除了人造软骨之外,研究人员还看到了软质机器人中新水凝胶的潜力,光学,人造肌肉,以及伤口的保护层来源:Caroline Perry,SEAS Communications; Harvard Gazette Images: