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德国和美国开发的快速自修复生物材料

2020-08-03 11:29   来源: 互联网

最近,德国马克斯普朗克智能系统研究所和美国宾州州立大学的科学家联合开发了一种生物合成蛋白质材料,通过提高串联重复肽的愈合性能,成功地解决了目前自修复软材料的局限性。这项研究有望在软机器人领域获得重要应用,研究结果发表在最近一期的"自然材料"杂志上。


自愈材料是一种具有结构自愈能力的智能材料。近年来,在损伤后能够自我修复的生物系统的启发下,合成自修复生物材料越来越受到科学家的关注。


目前,科学家们正在合作开发一种高强度合成蛋白,它能在很短的时间内自我修复微观和宏观的机械损伤,完全恢复其结构和性能,并具有可编程的愈合特性。这种修复性能为生物启发式材料的设计提供了新的机会,并解决了目前用于软机器人和个人防护设备的自修复材料的局限性。

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宾夕法尼亚州立大学的德米雷尔教授说,我们已经改变了章鱼触角的分子结构,以最大限度地提高这种物质的自我修复能力。在自然界中,自我修复需要很长时间,比如24小时。现在,我们将修复过程缩短到一秒钟。


马克斯·普朗克智能系统研究所(Max Planck Institute For Intelligence Systems)的阿普顿·佩纳·弗兰切斯(Abton Pena-Franchez)博士是该团队的领导成员,他解释说,章鱼需要更长时间才能愈合,因为它们手中的蛋白质分子只是相互交织在一起的。在实验室开发的材料中,我们改变了分子的纳米结构,使它们相互连接。这些材料被系统地优化,以改善氢键的纳米结构和网络形态,并具有可编程的愈合特性(愈合1秒后,愈合强度为2至23 MPa)。这些材料的愈合速度和强度比其他天然和合成软材料高几个数量级。


马克斯·普朗克智能系统研究所(Max Planck Institute Of Intelligence Systems)的塞蒂教授带领他的团队研究了如何在软件机器人中使用这种自修复的软材料。研究人员设计并制造了一种气动软执行机构,并制造了一种软夹持器,这是软机器人在食品、制药、包装和零售行业中的一种很有前途的应用。此外,生物合成蛋白材料还提供了一个很有前途的平台,可以使软机器人更接近于模拟复杂的生物系统,并为多功能软机器人提供广阔的设计空间。




责任编辑:萤莹香草钟
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