原标题:神奇创口贴自带运动修复功能
江苏大学团队发明“生物胶带”
生活中,有些肌肉受伤但无明显创伤的患者去医院,医生会建议他们戴上可穿戴式的设备如背带、手套等,帮助受伤肌肉训练恢复。有没有一种具有运动修复功能的创口贴,哪里的肌肉受伤了就贴在哪里,既方便又可以反复使用?
日前,江苏大学机械工程学院胡兴好副教授团队在实验室制作出生物胶带。这种基于纤维人工肌肉的生物胶带,贴敷在受伤或者萎缩的人体肌肉上,在外部施加小幅电压下,胶带会自动收缩,从而带动肌肉组织的收缩,帮助受伤肌肉组织训练和恢复。相关研究论文发表在国际期刊ACS Nano上。
人工肌肉是人们依照动物骨骼肌,设计出的具有高输出应变、高输出能量、高输出功率以及大负载能力的柔性驱动器。因为其体积小、运动自由度高、可以适应受限工作环境,在柔性骨骼、生物医疗、精准微创手术等领域都有着广阔的应用前景。
一根纤维人工肌肉仅有100多微米,和头发丝差不多粗细,胡兴好认为,细如牛毛的纤维人工肌肉,要在外骨骼机器人等大型场景应用,对其能量、功率、材料等要求很高。
碳纳米管纤维是国际公认的制作人工肌肉的理想材料之一,通过大量的试验,胡兴好找到了一种材料——聚苯乙烯磺酸盐。由碳纳米管纤维复合聚苯乙烯磺酸盐(PSS)制备出的纤维人工肌肉,其收缩应变提升到了5%,其输出应力也提升了近3倍,成为了制作生物胶带的基础材料。
要让纤维人工肌肉在静止状态下产生更大的力,就好比让一个大力士在不动的状态下承受更多的重物,除了优化材料让离子数量进入得更多,还要增大每个进入离子的有效体积。这其中,电解液的选择非常关键。胡兴好从汽车电池的有机电解液中汲取灵感,采用了有机电解液,其输出应变大幅度提高了16%。
在胡兴好的实验室里,记者看到,两条黑色纤维人工肌肉被固定在硅胶材料中,这就是生物胶带的雏形。“科学研究就是不断探索的过程,会经历无数次失败,但是这些都会成为你研究的基石。”基于纤维人工肌肉制作出生物胶带,只是电化学人工肌肉的应用场景之一。胡兴好计划进一步探索电化学驱动人工肌肉机理,在机理清晰的基础上广泛开展纤维人工肌肉的应用研究。