新的动态水凝胶就像建造软机器人的乐器一样

布朗大学研究人员开发的新型水凝胶显示出在下一代生物医学，软机器人和微流体应用中的巨大潜力。够根据环境做出反应和变化的智能材料是材料科学的未来。作为新一代研究的一部分，布朗大学的一个团队开发了一套由水凝胶制成的动态组件，可用作软机器人和其他生物医学设备的乐高式构建模块。由布朗工程助理教授Ian Y. Wong领导的团队使用了一种新型的双聚合物材料，可以用于3D打印机，以创建可以弯曲，扭曲或粘在一起的组件。研究人员说，某些化学品。

他们还设计了水凝胶构建模块，与legos相比，可以仔细组装然后紧密密封在一起形成定制的软机器人或微流体设备，例如用于药物筛选，细胞培养的所谓“芯片实验室”系统和其他应用程序，他们说。

水凝胶基本上是交联的固体聚合物，这基本上意味着它们的链被束缚在一起。新材料功能的关键在于其双聚合物组合物，其使用两种类型的键将水凝胶保持在一起 - 共价和离子 - 以实现期望的效果。共价键非常强，但不可逆，而离子键不那么强，但可以通过添加或去除离子来逆转。

为了开发新材料，布朗研究人员将一种共价交联的聚合物(称为PEGDA)和一种离子交联的聚合物(称为PAA)结合起来。材料的双重性质意味着PEGDA的债券将材料结合在一起，而PAA的债券使其具有响应性，最近毕业的博士Thomas Valentin表示。布朗工程学院的学生，他是该项目的研究员。

“基本上，一种聚合物提供结构完整性，而另一种聚合物能够实现这些动态行为，如弯曲或自粘合，”他说。“所以将两者结合在一起会产生的材料大于其各部分的总和。”

改变属性

具体而言，通过将材料置于富含离子的环境中，PAA将交联，这意味着它变得更加刚性和收缩。如果研究人员将这些离子带走，材料会随着离子键断裂而软化和膨胀。Valentin说，同样的工艺也可以使材料在需要时自粘。研究人员在“高分子化学”杂志上发表了一篇关于他们工作的论文。

为了实现工作中使用的材料，研究人员将两个单独的部件放在一起并添加了一些离子，从而将两个部件紧密地连接在一起。他说，这种强度和动态行为的结合使研究人员能够开发出他们在论文中展示的软夹具。

研究人员说，水凝胶的另一个更直接的应用是在微流体中的潜在用途，其中水凝胶是有吸引力的，因为它们通常是无毒的以及柔软和柔韧的，如人体组织。这种水凝胶应用的问题通常在于它们通常难以用微流体中必需的复杂通道进行图案化。

Valentin说，新材料及其模块化方法解决了这个问题，它允许将复杂的微流体结构整合到每个构建块中，然后像legos一样组装。此外，他补充说，在组装的块中添加离子可以实现防水密封。

“模块化乐高积木非常有趣，因为我们可以为微流体装置创建一个预制工具箱，”Valentin说。“您可以随时使用不同的微流体架构保留各种预设部件，然后您就可以获得制作定制微流体电路所需的部件。然后你一起治愈它们就可以了。“

他们表示，研究人员计划继续研究这种材料，并可能采取下一步措施调整聚合物的性质，以获得更高的耐用性和功能性。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰写了20多年的技术和文化。她曾在凤凰城，旧金山和纽约市作为专业记者生活和工作。在空闲时间，她喜欢冲浪，旅游，音乐，瑜伽和烹饪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一个村庄。