皮肤是一个奇迹。它既有弹性又坚固，有助于调节体温，并保护我们的内部器官。它还能在某些损伤后自行愈合。皮肤的自修复特性是新水凝胶研究的灵感来源之一。
来自阿尔托大学和拜罗伊特大学的研究人员开发了一种具有类似皮肤的自修复能力的新型水凝胶。这些发现发表在《Nature Materials》上，可能有助于在软体机器人、伤口愈合、人造皮肤和药物输送方面取得进一步进展。
创建水凝胶
水凝胶被用于各种应用。它们用于伤口敷料，以帮助促进更快的愈合并预防感染。它们还用于体内的药物分散，以及帮助修复组织和骨骼。由于其柔韧性、保水性和吸水性，它们在生物医学领域效果极佳。
根据该研究，在此发现之前，研究人员已经找到了制造能够复制皮肤刚度和柔韧性或皮肤自修复特性，但不能同时具备两者特性的凝胶的方法。然而，现在，通过向水凝胶中添加“大而超薄的特定粘土纳米片”，研究人员已经找到了一种能够模仿皮肤柔韧性和自修复能力的材料。
阿尔托大学的该研究作者之一 Hang Zhang 在一份新闻稿中说：“坚固、强韧且自修复的水凝胶长期以来一直是一个挑战。”“我们发现了一种增强传统上柔软水凝胶的机制。这可能彻底改变具有仿生特性的新材料的开发。”
阅读更多：微小气泡如何将药物输送到大脑
缠绕与紫外线
根据该研究，除了纳米片的排列方式外，它们之间纠缠的聚合物的排列方式也有助于形成凝胶。一旦排列好，博士后研究员陈亮（Chen Liang）将含有纳米片的水与单体粉末混合。然后，亮将混合物在紫外光下烘烤，类似于用于美甲或修脚的凝胶指甲油的固化方式。
亮在新闻稿中说：“灯的紫外线辐射导致单个分子结合在一起，使所有物质变成弹性固体——一种凝胶。”
然后用刀切割凝胶，四小时后，研究团队发现凝胶自愈了 80% 到 90%。24 小时后，团队发现凝胶已 100% 修复。
张在新闻稿中说：“缠绕意味着薄聚合物层开始像微小的羊毛纱线一样相互缠绕，但顺序是随机的。”“当聚合物完全缠绕时，它们是无法区分的。它们在分子水平上非常动态和可移动，当你切割它们时，它们会再次开始相互交织。”
未来的水凝胶
研究团队希望这种材料可以应用于其他生物医学技术或用于软体机器人。这种材料可以应用于手术机器人或用作人造皮肤。
阿尔托大学的该研究作者之一 Olli Ikkala 在新闻稿中说：“这项工作是一个激动人心的例子，说明生物材料如何启发我们寻找合成材料的新特性组合。想象一下拥有坚固、自修复皮肤的机器人，或者能够自主修复的合成组织。”“这是一种可能重新制定材料设计规则的根本性发现。”
这种新型水凝胶要应用于其他技术可能还有很长的路要走，但这是迈向重大科学进步的令人难以置信的一步。
文章来源
我们的Discovermagazine.com作家在文章中采用同行评审研究和高质量来源，我们的编辑会审阅科学准确性和编辑标准。请查看本文使用的以下来源
Nature Materials。通过共平面纳米限制中的聚合物缠绕实现坚固且自修复的水凝胶
PubMed。水凝胶在再生医学中的应用进展：特性和生物医学应用
BioPharma PEG。水凝胶在生物医学领域的十大应用
