本报讯 中科院兰州化学物理研究所研究员周峰团队与美国加州大学洛杉矶分校教授贺曦敏团队合作，通过仿生青蛙跳跃过程中肌肉的加速机制，提出一种非常规驱动模式（弹性驱动），解决了传统渗透型水凝胶驱动机制力和速度之间的矛盾，制备出一种强收缩高能量密度的水凝胶材料。相关研究近日发表于《科学进展》。
环境响应型水凝胶，又称“刺激响应”或“智能”水凝胶，因其高的含水量、弹性、渗透性、外界刺激响应性和大的变形等优点，被广泛应用于生物医学、软体机器人等领域。目前，大多数智能水凝胶的响应变形均凭借凝胶体内和体外渗透压的变化。然而，在这种渗透驱动机制下，凝胶材料的驱动力和响应速度间相互矛盾。要解决这一矛盾，需要从分子尺度设计并提出一种异于传统“渗透型”水凝胶的非常规驱动机制。
此次周峰团队等研发的弹性驱动型水凝胶与渗透驱动型水凝胶相比，具有侧链触发主链，主链自主收缩、弹性回弹，形变与网络中水分子的传输无关等优点，其收缩强度和能量密度分别高于渗透型水凝胶10倍和1000倍。
该研究解决了传统渗透型水凝胶长期存在的“速度和驱动力”之间的矛盾，突破了传统渗透型水凝胶材料的能量密度极限，甚至与生物肌肉相当；新驱动机制将化学能直接转换为机械能，减少了中间步骤的热量产生和耗散，因而具有高的能量转化效率；保持高响应速度的同时能够产生大的收缩力；可重复多次编辑，编辑方式多样，实现了可控的多稳态变形。
该研究为设计和制备强收缩、高能量密度、多形变模式的水凝胶材料提供了新策略。（柯讯）
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abd2520