【大紀元2025年03月27日訊】（大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導）過去的人造凝膠，只能在高硬度和自癒性上二選一，無法同時保有兩種特性。現在，芬蘭的科學家研製出一種特殊仿生水凝膠，不僅強韌還能自癒，為藥物傳輸、傷口癒合和人造皮膚等應用打開大門。
日常生活中有許多凝膠物質，包括用於頭髮的髮膠、蘆薈膠、果凍和各種膠狀物質。另外，人類的皮膚也具有類似凝膠狀的特性，但它兼具高剛度和高柔韌性，且還有卓越的自癒能力，能讓小傷口在一天內快速癒合。
為此，許多科學家都在尋找能夠模仿人類皮膚複雜特性的凝膠，將其用於軟體機器人、藥物傳送、人造皮膚等多方面領域上。
現在，芬蘭阿爾托大學（Aalto University）和拜羅伊特大學（University of Bayreuth）的一組研究人員，克服凝膠原本的限制，共同研製出一種具有獨特結構的水凝膠，使其擁有類似人類皮膚的特性。
該研究成果於3月7日發表在《自然材料》雜誌上，獲得超過2.8萬次的觀看，超過57家媒體進行報導，在相關的文章中排名第一。
在這項突破性的研究中，研究人員先是將聚丙烯醯胺（PAAm）的單體粉末、完全分層的合成鋰蒙脫石納米片（一種黏土納米片）與水按照一定比例進行混合，將這些混合物放在紫外線燈下進行照射，讓混合物內的單個分子結合（纏結）在一起，凝固成彈力十足的水凝膠。
這種方法製成的水凝膠內含有大量的納米片，使其與人類皮膚一樣堅硬，且具備極高的彈性和柔韌性。其祕密在於單個分子之間緊密纏繞的聚合物，讓其擁有癒合的能力，而高機械性能則與黏土納米片的有序排列有關。
研究人員發現，若PAAm的單體粉末和黏土納米片與水的比例不同，製成的水凝膠性能會出現顯著差異。實驗人員最終找到高於1.5 wt%的黏土納米片，與62 wt%的PAAm製成的水凝膠效果較佳，能夠同時保持良好的機械性能和自我修復能力。
此外，4.6 wt%的黏土納米片與62 wt%的PAAm做出來的水凝膠效果最佳，其極限拉伸強度（UTS）達4.2 MPa，彈性變形強度則達到50 MPa。
研究人員還發現，若PAAm的比例從62 wt%降低至58 wt%，其彈性變形強度和拉伸強度均會大幅下降；而當PAAm含量為40 wt%時，水凝將就會變得柔軟有彈性，但會失去原有的硬度。
研究人員還對這些高硬度（黏土納米片含量超過1.5 wt%）的水凝膠進行切割，以觀察水凝膠修復的過程。結果顯示，水凝膠材料被切割4小時後，能自我修復80%到90%之間，24小時後基本能夠完全恢復。
除此之外，這種水凝膠還能夠黏附在玻璃、鋁、銅和樺木等基材上，且只需要0.5mm厚和2平方公分（cm2）大小的水凝膠，就能承受2.5公斤的重量。
芬蘭阿爾托大學應用物理系教授奧利‧伊卡拉（Olli Ikkala）對該校的新聞室表示，「這項工作展示了生物材料，是如何啟發我們探索合成材料的新特性。想像一下擁有堅固、可自我修復的皮膚或合成組織，可以自主修復。儘管距離實際應用還有一段路要走，但這次的結果已經實現關鍵飛躍。」
阿爾托大學應用物理系博士後張航（音譯，Hang Zhang）則補充道，「我們注意到水凝膠裡的聚合物層，會像細小的羊毛紗一樣相互纏繞形成纏結，且排列順序是隨機的，最終將難以區分這些分子。另外，水凝膠裡的分子非常活躍且具有移動性，使它們被切開後依然很快聚合一起（快速癒合）。」
他還表示，「過去，兼具堅硬、強韌且擁有自癒能力的水凝膠一直是挑戰。我們發現了一種強化傳統軟水凝膠的機制，這可能會徹底改變仿生新材料的開發。」◇
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