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减肥减出世界冠军 > 科研进展

兰州化物所等在仿生润滑材料研究中获进展

2020-11-25 兰州化学物理(li)研究所
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  物体(液体和固体)的(de)(de)定(ding)向传(chuan)输(shu)在能量传(chuan)输(shu)、智能机器人、生物医学设备等(deng)领域有(you)着重(zhong)要应用(yong)。过(guo)(guo)去20年(nian)里,液体定(ding)向输(shu)运研(yan)(yan)究引起了科学家的(de)(de)广泛关(guan)注(zhu),并取得重(zhong)要突破,然而(er),固(gu)体输(shu)运研(yan)(yan)究报道很(hen)少。与(yu)液体定(ding)向输(shu)运机制(zhi)不同,限(xian)域受压条件下(xia)固(gu)体定(ding)向输(shu)运需要依靠强(qiang)大的(de)(de)机械(xie)推动力来克服(fu)弹性变形接(jie)触过(guo)(guo)程中的(de)(de)摩擦力,而(er)良好的(de)(de)界面(mian)润滑是(shi)先决条件。 

  自然界中(zhong),在组织(zhi)腔道分泌(mi)粘液的润滑(hua)作用下,食道能够利用肌肉应激产生的机械蠕动波实现大食块的成功传输。受(shou)此(ci)启发,中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室研究(jiu)员周峰团(tuan)队(dui)基于(yu)界面润滑和(he)机械(xie)变(bian)形的耦合效应,开发(fa)了一种智能型类食(shi)道(dao)凝胶(jiao)软物质器(qi)件(jian),在(zai)凝胶(jiao)管(guan)内腔(qiang)表面坚固(gu)的水润滑层辅(fu)助(zhu)下(xia),利用管(guan)腔(qiang)收缩变(bian)形产(chan)生的流体(ti)动(dong)(dong)压和(he)机械(xie)推动(dong)(dong)力实(shi)现了固(gu)体(ti)在(zai)多维方向(xiang)的按需运输。 

  研究人员基于先前提出的表面催化引发自由基聚合方法,以铁丝为催化模板,制得了含有ATRP活性引发剂的铁基双网络高强度温敏性水凝胶管;采用前期发展的亚表面引发自由基聚合方法学,将亲水性聚电解质刷化学接枝和嵌入到凝胶管的内腔表面网络,制得内腔体表面低摩擦、腔壳温控收缩变形的仿生类食道凝胶管器件。在聚合过程中原位引入四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4 NPs),可实现温敏性凝胶管器件腔道的近红外光远程操作。所制备的凝胶管器件经近红外激光局部照射后,内表面仍可保持低摩擦状态(Ffriction:~0.03 N),而空腔则产生瞬间体积收缩。这种体积收缩使得管状器件能够产生足够的流体动压和大的机械推动力(Fpush:~0.18 N),伴随激光的连续辐照,凝胶管产生类似食道的机械蠕动波,有效地驱动固体在挤压管腔中的定向输送。

  该研究利用新颖的仿生设计理念、表面化学和软材料力学耦合,实现了(le)限域(yu)受压条件下固(gu)体在三维管(guan)腔环境中(zhong)沿任意(yi)方向的(de)定向输送,对于(yu)人(ren)(ren)们认(ren)识软(ruan)物质受压变形过程中(zhong)界(jie)面(mian)接触力学与(yu)摩擦(ca)的(de)耦合关系具有重要(yao)指导(dao)意(yi)义,所设(she)计(ji)(ji)的(de)驱动(dong)器有望(wang)用于(yu)仿生药(yao)物运输或人(ren)(ren)工(gong)体外食管(guan)模拟系统(tong),例如,帮助食道癌患者和宇航(hang)员制定饮食相(xiang)关的(de)物理治疗计(ji)(ji)划。 

  相关成(cheng)果发(fa)表在(zai)Advanced Science上。以(yi)(yi)上研(yan)究得到了国家自(zi)然科(ke)学基(ji)金项目(mu)、中科(ke)院战略(lve)性先(xian)导科(ke)技专项(B类)以(yi)(yi)及(ji)中科(ke)院青(qing)年创新促进会的支持(chi)。 

   

基于界面润滑和(he)机械形变耦合效(xiao)应的仿生类(lei)食道(dao)固体定(ding)向(xiang)输运器件

打印 责(ze)任编辑(ji):江澄

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