鱿鱼组织和化学成分相结合 形成多功能水凝胶

北海道大学的研究人员将天然鱿鱼组织与合成聚合物相结合，开发出一种强大而多功能的水凝胶，模仿生物组织的许多独特特性。水凝胶是含有大量水的聚合物网络，正在探索用于多种用途，包括医疗假肢、软机器人组件和新型传感器系统。

北海道团队在NPG Asia Materials杂志上报告了他们对这一快速发展的研究领域的贡献。

天然生物组织表现出对其功能至关重要的独特特性，研究人员正在寻求在水凝胶中复制这些特性。例如，肌肉除了力量和柔韧性外，还具有在不同方向上变化的物理特性，并且是由一起工作的结构层次结构构建的。骨骼和血管也显示出这些特征，称为分层各向异性。

与研究人员希望模仿的天然组织不同，大多数合成水凝胶在所有方向上都具有均匀的特性，并且在结构上很弱。

“通过将来自鱿鱼的组织的特性与合成聚合物相结合，我们已经展示了一种混合策略，该策略可作为制备具有有用分层各向异性和韧性的水凝胶的通用方法，”北海道大学团队的聚合物科学家Tasuku Nakajima说。

制造过程从市售的冷冻鱿鱼地幔开始——鱿鱼的主要外部。在活鱿鱼中，地幔膨胀以将水带入体内，然后强烈收缩以喷射方式向外喷射水。这种能力取决于鱿鱼结缔组织内的各向异性肌肉。研究人员利用这种自然系统中的分子排列来构建他们的仿生凝胶。

与聚丙烯酰胺聚合物分子混合的解冻鱿鱼组织的薄片的化学和热处理引发了交联杂化水凝胶的形成。它具有所谓的双网络结构，合成聚合物网络嵌入并连接在源自鱿鱼地幔的更天然的肌肉纤维网络中。

“我们合成的DN凝胶比天然鱿鱼地幔更坚固，更有弹性，”领导团队的简平龚教授解释说。“独特的复合结构也使材料具有令人印象深刻的抗断裂性，比原始材料坚韧四倍。

目前的概念验证工作应该只是探索许多其他杂化水凝胶的开始，这些水凝胶可以利用其他自然系统的独特性质。水母已经被用作更简单的单网络水凝胶的材料来源，因此是探索混合双网络选项的下一个明显选择。

“可能的应用包括用于医疗用途的承重人造纤维组织，例如人造韧带和肌腱，”Gong说。该团队的进一步工作将探索凝胶的生物相容性，并研究制造适合不同用途的一系列凝胶的选择。

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