如蚯蚓爬行的聚合物水凝胶新材料

聚合物材料也能像蚯蚓那样蠕动向前爬行,最近辛辛那提大学工程与应用科学学院的本科生Jarod Gregory及其团队研发出一种PNIPAM水凝胶材料,放入水中能如蚯蚓一般能够蠕动爬行(这类材料可以称为软物质soft materials,SM)。相关研究成果发表在最新一期的Journal of Applied Polymer Science期刊上。也许今后在地上看到会爬行的小虫,未必是真的,也许是聚合物材料制作的玩具。下图即这种会爬行的材料:

水凝胶
图片来源于文章底部的参考文献

从上图中a至d的整过过程中,可以发现材料的重心和位置都发生了变化。

Jarod Gregory及其团队曾经模仿蚯蚓蠕动靠摩擦力向前移动的机理,研发出一些在坚硬地面和在管子里面会移动的凝胶聚合物。而根据他们的最新研究,这些软物质在不需要外部摩擦力就能实现自由移动,机理在于这些聚合物能够靠在水中收缩和膨胀从而移动重心实现移动。Jarod Gregory介绍说,激光刺激在水中的PNIPAM凝胶通过收缩和膨胀的循环,发生体积相变,物质重心发生改变,可以成功引导材料模仿蠕动从而在水中移动。具有爬行功能的软物质有望应用于制造软机器人(soft robots),另外,这种水凝胶还可以用于检测水质细菌,或者作为药物载体。

注:PNIPAM即聚N-异丙基丙烯酰胺

参考文献如下:
标题:Remote-controlled peristaltic locomotion in free-floating pnipam hydrogels
期刊:Journal of Applied Polymer Science
作者:Jarod Gregory1, M. Sadegh Riasi1, Jonathan Cannell1, Hitesh Arora2, Lilit Yeghiazarian1,* andVasile Nistor1,*

发布者

高分子

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