复旦大学梅永丰教授课题组报道新型仿生水黾的自驱动智能材料
2021年4月20日 11:28水凝胶是一类具有亲水基团的三维网络结构聚合物智能材料，在水中可以迅速溶胀并在溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。由于水凝胶具有良好的生物相容性和生物系统的相似性，被广泛用于伤口敷料、隐形眼镜等日常生活以及组织工程、软机器人等前沿研究。然而，由于水凝胶富含亲水基团，在本征上表现为亲水特性，一般不疏水，因此基本不存在具有疏水特征的纯水凝胶材料。
4月14日，复旦大学材料科学系梅永丰教授课题组在《科学·机器人学》（Science Robotics）上发表题为《仿生水黾的自驱动水凝胶》（“Self-powered locomotion of a hydrogel water strider”）的研究工作。博士研究生朱红为第一作者，梅永丰教授为通讯作者，该工作得到复旦大学高分子科学系和聚合物分子工程国家重点实验室共享仪器平台的大力支持。研究团队从“0”出发，原创性地合成了一种具有动态疏水特征的新型水凝胶智能材料。该水凝胶在水面上可自驱动运动，无需额外能量供给；饱和吸水后该活性水凝胶即停止运动，干燥处理可恢复活力，再次实现自驱动快速水面运动。
图1.水黾在水面运动的照片（A），运动机理示意图（图A左下角插图）和它运动速率和位移随时间的变化规律（B）；活性水凝胶水黾在水面运动的照片和轨迹图（C），运动机理示意图（图C左下角插图）和它运动速率和位移随时间的变化规律（D）；活性水凝胶水黾在有水的迷宫的水面自发找到出口的运动轨迹照片（E）；刺激响应性活性水凝胶水黾在受到pH刺激变形后靠岸行为的运动轨迹照片（F）及靠岸后的侧视照片（图F右上角插图）。
研究团队探索发现其运动机理和自然界的水黾在水面的运动存在共通之处。如图1A和1C所示，都通过表面张力的差异驱动自身在水面运动；并且如图1B和1D所示，运动速率的变化规律也非常一致。通过设计活性水凝胶材料的形状、材料分布的非对称性和周边环境的表面亲疏水性，研究团队控制该活性水凝胶材料进行各种可控轨迹和定向的运动，例如模拟球类运动和走出迷宫运动（图1E）等。进一步，通过引入新的刺激响应性化学组分，活性水凝胶可以在自驱动运动期间同步实现变形，从而智能化地改变相应的运动轨迹；例如通过变形暴露不同润湿特性的侧边，实现类似于自然界水黾的爬岸动作。研究团队发明了一种可动态调节润湿特性的水凝胶材料，赋予其新的“活性”运动特征，展现了一种新颖的致动模式和运动行为。
该工作为柔性软机器人的设计和研究提供了新的材料选择，丰富了水凝胶材料的种类，从而可为其在药物缓释、组织工程等重要领域的应用提供新的路径。
文章信息：Hong Zhu, Borui Xu, Yang Wang, Xiaoxia Pan, Zehua Qu, Yongfeng Mei*. Self-powered locomotion of a hydrogel water strider, Science Robotics, 2021, 6: eabe7925.
文章链接：
https://doi.org/10.1126/scirobotics.abe7925
来源：复旦大学材料系
相关进展
复旦大学梅永丰教授《Nat. Commun.》：纳米薄膜的智能卷曲折纸
南方科技大学任富增课题组《AFM》：源于仿生的高度各向异性、超强且具有骨传导性的矿化木材水凝胶复合材料，用于骨修复
免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多
工程师必备
- 项目客服
- 培训客服
- 平台客服
TOP
