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(shè)備如背帶、手套等，幫助受傷肌肉訓(xùn)練恢復(fù)。有沒有一種具有運動修復(fù)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(fù)使用？
日前，江蘇大學(xué)機械工程學(xué)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(xùn)練和恢復(fù)。相關(guān)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(shè)計出的具有高輸出應(yīng)變、高輸出能量、高輸出功率以及大負載能力的柔性驅(qū)動器。因為其體積小、運動自由度高、可以適應(yīng)受限工作環(huán)境，在柔性骨骼、生物醫(yī)療、精準微創(chuàng)手術(shù)等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)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(yīng)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(fù)合聚苯乙烯磺酸鹽（PSS）制備出的纖維人工肌肉，其收縮應(yīng)變提升到了5%，其輸出應(yīng)力也提升了近3倍，成為了制作生物膠帶的基礎(chǔ)材料。
要讓纖維人工肌肉在靜止?fàn)顟B(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(guān)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(yīng)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(xué)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。”基于纖維人工肌肉制作出生物膠帶，只是電化學(xué)人工肌肉的應(yīng)用場景之一。胡興好計劃進一步探索電化學(xué)驅(qū)動人工肌肉機理，在機理清晰的基礎(chǔ)上廣泛開展纖維人工肌肉的應(yīng)用研究。
文章來源：2024年1月10日 11版
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