原標題:神奇創(chuàng)口貼自帶運動修復功能
江蘇大學團隊發(fā)明“生物膠帶”
生活中,有些肌肉受傷但無明顯創(chuàng)傷的患者去醫(yī)院,醫(yī)生會建議他們戴上可穿戴式的設備如背帶、手套等,幫助受傷肌肉訓練恢復。有沒有一種具有運動修復功能的創(chuàng)口貼,哪里的肌肉受傷了就貼在哪里,既方便又可以反復使用?
日前,江蘇大學機械工程學院胡興好副教授團隊在實驗室制作出生物膠帶。這種基于纖維人工肌肉的生物膠帶,貼敷在受傷或者萎縮的人體肌肉上,在外部施加小幅電壓下,膠帶會自動收縮,從而帶動肌肉組織的收縮,幫助受傷肌肉組織訓練和恢復。相關研究論文發(fā)表在國際期刊ACS Nano上。
人工肌肉是人們依照動物骨骼肌,設計出的具有高輸出應變、高輸出能量、高輸出功率以及大負載能力的柔性驅動器。因為其體積小、運動自由度高、可以適應受限工作環(huán)境,在柔性骨骼、生物醫(yī)療、精準微創(chuàng)手術等領域都有著廣闊的應用前景。
一根纖維人工肌肉僅有100多微米,和頭發(fā)絲差不多粗細,胡興好認為,細如牛毛的纖維人工肌肉,要在外骨骼機器人等大型場景應用,對其能量、功率、材料等要求很高。
碳納米管纖維是國際公認的制作人工肌肉的理想材料之一,通過大量的試驗,胡興好找到了一種材料——聚苯乙烯磺酸鹽。由碳納米管纖維復合聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)制備出的纖維人工肌肉,其收縮應變提升到了5%,其輸出應力也提升了近3倍,成為了制作生物膠帶的基礎材料。
要讓纖維人工肌肉在靜止狀態(tài)下產(chǎn)生更大的力,就好比讓一個大力士在不動的狀態(tài)下承受更多的重物,除了優(yōu)化材料讓離子數(shù)量進入得更多,還要增大每個進入離子的有效體積。這其中,電解液的選擇非常關鍵。胡興好從汽車電池的有機電解液中汲取靈感,采用了有機電解液,其輸出應變大幅度提高了16%。
在胡興好的實驗室里,記者看到,兩條黑色纖維人工肌肉被固定在硅膠材料中,這就是生物膠帶的雛形。“科學研究就是不斷探索的過程,會經(jīng)歷無數(shù)次失敗,但是這些都會成為你研究的基石?!被诶w維人工肌肉制作出生物膠帶,只是電化學人工肌肉的應用場景之一。胡興好計劃進一步探索電化學驅動人工肌肉機理,在機理清晰的基礎上廣泛開展纖維人工肌肉的應用研究。