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北海道大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)找到了一種方法來(lái)創(chuàng)造材料，使它們受力越大，卻表現(xiàn)越強(qiáng)。通過(guò)模仿運(yùn)動(dòng)后肌肉生長(zhǎng)和增強(qiáng)的機(jī)制，由Jian Ping Gong領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開(kāi)發(fā)出一種在機(jī)械應(yīng)力下分解的聚合物，然后通過(guò)營(yíng)養(yǎng)浴使其自身恢復(fù)到更強(qiáng)的形態(tài)。
非生物材料的缺點(diǎn)之一是它們與活的有機(jī)材料相比具有非常有限的使用壽命。與同類(lèi)生物相比，鋼鐵，塑料，陶瓷和紡織品等材料的使用損耗極快。金屬疲勞，塑料碎裂，陶瓷裂縫和紡織品的壽命短得令人沮喪。 這樣做的原因是活組織不僅可以自我再生，它可以變得更強(qiáng)壯。這就是為什么一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)心臟每年24小時(shí)，一年365天，以每分鐘72次的速度持續(xù)工作的原因。這也是運(yùn)動(dòng)可以使骨骼肌更強(qiáng)壯的原因。在健身房鍛煉身體會(huì)讓人更健康，這對(duì)機(jī)器來(lái)說(shuō)卻只能表現(xiàn)為磨損。
簡(jiǎn)而言之，肌肉變得更強(qiáng)壯，是因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中，纖維被分解，然后被新的，更強(qiáng)的纖維取代，這些纖維以血液供應(yīng)的氨基酸為食，形成蛋白質(zhì)。近年來(lái)，科學(xué)家和工程師已經(jīng)提出了新的，自我修復(fù)的材料，可以在損壞或磨損時(shí)進(jìn)行自我修復(fù)，但是像肌肉組織這樣的材料在使用時(shí)會(huì)變得更強(qiáng)壯呢？ 為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，北海道團(tuán)隊(duì)使用了所謂的雙網(wǎng)水凝膠。與其他水凝膠一樣，這些聚合物的重量百分比為85％，但在這種情況下，該材料由剛性脆性聚合物和柔軟的可拉伸聚合物組成。這樣一來(lái)成品既柔軟又堅(jiān)韌。 然而，巧妙的是在實(shí)驗(yàn)室條件下將水凝膠浸入單體浴中，單體浴是構(gòu)成聚合物的單獨(dú)分子鏈。它們?cè)诩∪饽M材料中起到與活組織中氨基酸相同的作用。 據(jù)該團(tuán)隊(duì)稱(chēng)，當(dāng)水凝膠被拉伸時(shí)，一些脆性聚合物鏈斷裂，在破碎的聚合物鏈末端形成一種稱(chēng)為“機(jī)械”的化學(xué)物質(zhì)。它們具有很強(qiáng)的反應(yīng)性，可與浮動(dòng)單體快速結(jié)合，形成新的，更強(qiáng)的聚合物鏈。 在測(cè)試中，水凝膠在力量訓(xùn)練下的作用很像肌肉。它的強(qiáng)度增加了1.5倍，硬度增加23倍，重量增加86％。甚至可以通過(guò)使用熱敏單體和施加高溫來(lái)控制材料的性質(zhì)以使其更耐水。 Gong表示，這種方法可以使材料適用于各種運(yùn)用，例如用于骨骼損傷患者的靈活外衣，隨著使用而變得更強(qiáng)。 該研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。 |
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