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宛如章鱼爬行!西北大学团队利用神奇水凝胶 打造出可编程的光响应致动器

2021-02-24 16:37 前瞻网   

对材料科学来说,开发出具有快速和可逆形状变化的、可模拟生物的刺激响应软物质,是一个巨大的挑战。

在他们的研究中,美国西北大学的黄永刚院士和Samuel I.Stupp院士团队的科学家们报道了光活性双层致动器(photoactive bilayer actuators)的分子设计,这种致动器可以快速响应可见光,导致复杂但可预测的生物形状变化。

宛如章鱼爬行!西北大学团队利用神奇水凝胶 打造出可编程的光响应致动器

这种加速驱动的机制,是基于同一光刺激触发的同一层的光膨胀(photoexpansion)和另一层的光收缩(photocontraction )。相反的响应导致协同效应,从而导致快速弯曲驱动。协同双层膜与无光片段连接,生成了宏观结构,可在辐照下经历可编程的3D折纸形状变化。

通过控制与衬底的各向异性摩擦,这些结构在宏观距离上,显示出和爬行章鱼一样的运动。

在他们的试验中,研究人员们采用了一种基于螺吡喃(spiropyran)的水凝胶材料。结果发现:双层光致动的水凝胶,可作为基本结构单元,通过简单的组合实现复杂的光响应运动。另外,由水凝胶构成的材料在光照射下会由于自由能的快速释放而迅速改变形状,并且所有的形状转换过程是高度可逆的。

这里研究的软物质系统,证明了分子工程光致动器(molecularly engineering photoactuators)模仿我们与活生物体相关功能的可能性。

上述研究成果发表在《物质》(Matter)期刊上,题为“Synergistic photoactuation of bilayered spiropyran hydrogels forpredictable origami-like shape change”。

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责任编辑: 4114RWL

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