林克平大学
黑色材料是一种电活性聚合物，当研究人员施加低电压时，其体积会发生变化，这使得这个简单的“微型机器人”弯曲
在材料的另一面，你可以看到研究人员附着了生物分子的凝胶，这些生物分子使柔软的凝胶材料像骨头一样变硬
信用:Olov Planthaber/LiU 受骨骼中骨骼生长的启发，瑞典林科平大学和日本冈山大学的研究人员开发了一种材料组合，可以在硬化前变形为各种形状
这种材料最初是柔软的，但后来通过骨骼发育过程变硬，这一过程使用了骨骼中发现的相同材料
当我们出生时，我们的头骨上有被称为囟门的软结缔组织覆盖的缝隙
多亏了囟门，我们的头骨才能在出生时变形，并成功通过产道
出生后，囟门组织逐渐变为硬骨
现在，研究人员已经将类似这种自然过程的材料结合在一起
“我们希望将此用于材料需要在不同时间点具有不同性能的应用
首先，这种材料柔软而有弹性，当它变硬时会被固定住
例如，这种材料可以用于复杂的骨折
它也可以用于微型机器人——这些柔软的微型机器人可以通过一个细注射器注射到人体内，然后它们会展开并形成自己坚硬的骨骼，”林科平大学物理、化学和生物系副教授埃德温·贾格说
这个想法是在日本的一次研究访问中产生的，当时材料科学家埃德温·贾格尔遇到了对骨骼进行研究的上冈浩史和埃米利奥·哈拉
日本研究人员发现了一种可以在短时间内刺激骨骼生长的生物分子
有没有可能将这种生物分子与贾格尔的材料研究结合起来，开发出刚度可变的新材料？ 当施加电压时，材料(左)将慢慢向鸡骨(白色)弯曲
如果液体中含有骨骼发育所需的矿物质，这种材料将在几天内开始构建附着在鸡骨头上的人造骨骼
信用:Olov Planthaber/LiU 在随后发表在《高级材料》上的研究中，研究人员构建了一种简单的“微型机器人”，它可以呈现不同的形状并改变刚度
研究人员从一种叫做藻酸盐的凝胶材料开始
在凝胶的一侧，生长一种聚合物材料
这种材料具有电活性，当施加低电压时，它会改变体积，导致微型机器人向特定方向弯曲
在凝胶的另一面，研究人员附着生物分子，使软凝胶材料变硬
这些生物分子是从一种对骨骼发育很重要的细胞的细胞膜中提取的
当这种材料被浸入细胞培养基中时——这种环境类似于人体，含有钙和磷——生物分子会使凝胶矿化并像骨头一样变硬
研究人员感兴趣的一个潜在应用是骨愈合
这个想法是，这种由电活性聚合物提供动力的柔软材料，将能够自行进入复杂骨折的空间并扩张
当材料硬化后，就可以形成新骨的基础
在他们的研究中，研究人员证明了这种材料可以包裹在鸡骨头周围，随后形成的人工骨与鸡骨头一起生长
通过在凝胶上制作图案，研究人员可以确定简单的微型机器人在施加电压时会如何弯曲
材料表面的垂直线使机器人弯曲成半圆形，而对角线使它像开瓶器一样弯曲
林雪平大学的博士生·曹组装了一块骨头，然后“微型机器人”会将这块骨头包裹起来，一起生长
信用:Olov Planthaber/LiU “通过控制材料转动的方式，我们可以让微型机器人以不同的方式移动，还可以影响材料在碎骨中的展开方式
我们可以将这些运动嵌入到材料的结构中，使操纵这些机器人的复杂程序变得没有必要，”埃德温·贾格尔说
为了进一步了解这种材料组合的生物相容性，研究人员现在正在进一步研究它的特性如何与活细胞一起工作
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
