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美科学家研发光控水凝胶 可模拟手指弯曲和爬行

http://www.kexue.com 2013-06-08 10:46:39 科技日报  发表评论

  植物朝向光源生长,这种现象叫作向光性。据物理学家组织网近日报道,受此启发,美国加利福尼亚大学伯克利分校的生物工程师开发出一种水凝胶,能通过光照控制,模拟手指关节的弯曲和爬行运动。近日出版的《纳米快报》对此做了详细介绍。

  新型水凝胶是一种水凝胶制动器。水凝胶制动器能对刺激产生可逆反应,目前在包括软体机器人在内的许多领域已有应用,但在反应速度、时间与位置的精确控制方面还有待改善。该项目主要研究人员、生物工程副教授李承旭(音译)说,像他们的这种变形凝胶,可用在药物递送、组织工程等方面,未来也可在软体机器人领域大展身手。

  研究人员把人工合成的弹性蛋白质与层状石墨烯(一个原子厚度的碳原子堆积起来形成石墨烯)结合。暴露在近红外光的照射下时,这种石墨烯层会发热,进而影响合成蛋白质,合成蛋白质变冷会吸水,而变热时会释放出水分。这两种材料合在一起形成了纳米复合生物高聚物,或称为一种水凝胶。其设计为一面的透气性比另一面更强,透气性更强的这一面吸收和释放水分就比另一面更快。

  “通过将这些材料相结合,我们能更精确地控制水凝胶模拟植物细胞对光照的扩展和收缩反应。”李承旭说。由于水凝胶不规则地收缩,受光照射时就会发生弯曲,并且还能根据光的位置、强度和路径不同,显示出迅速且可调整的运动,包括像手指似地弯曲和爬行。他们用这种材料做成一只手的形状,演示了水凝胶手指在光照下好像人的手指那样弯曲。

  研究人员在论文中还指出,本研究也显示出人们通过合理设计蛋白质结合人工纳米粒子来创造宏观尺度的功能材料的能力。(常丽君)

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