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自带运动修复功能江苏大学发明“生物胶带”

A-A+日期:2024-01-26来源:中国化工报    

近日,江苏大学机械工程学院副教授胡兴好团队研制出生物胶带。这种基于纤维人工肌肉的生物胶带,贴敷在受伤或者萎缩的人体肌肉上,在外部施加小幅电压下,胶带会自动收缩,从而带动肌肉组织的收缩,帮助受伤肌肉组织训练和恢复。

此前,胡兴好提出了一种新型高性能电化学驱动人工肌肉,探索出了人工肌肉的全新驱动机理,为人工肌肉的实际应用奠定了坚实基础。

一根纤维人工肌肉仅有100多微米,要在外骨骼机器人等大型场景应用,对其能量、功率、材料等要求很高。

“验证人工肌肉电化学驱动机理,并根据生物胶带的特殊要求解决结构设计和凝胶材质这两大难题,是推动纤维人工肌肉在医学上实际应用的关键。”胡兴好说。

为此,该团队通过大量的试验,找到了一种材料——聚苯乙烯磺酸盐。由碳纳米管纤维复合聚苯乙烯磺酸盐制备出的纤维人工肌肉,其收缩应变提升到了5%,其输出应力也提升了近3倍,成为制作生物胶带的基础材料。

而要让纤维人工肌肉在静止状态下产生更大的力,除了优化材料让离子数量进入得更多,还要增大每个进入离子的有效体积。其中,电解液的选择非常关键。

胡兴好从汽车电池的有机电解液中吸取灵感,通过查阅文献和试验验证,研发出凝胶电解液。实验数据最终证明,纤维人工肌肉在凝胶电解液下的输出应变也能达到10%。

胡兴好认为,生物胶带还是实验室作品,透气性如何、是否会对皮肤产生影响,还需要进一步优化,以解决更多生物兼容性的问题。

“基于纤维人工肌肉制作出生物胶带,只是电化学人工肌肉的应用场景之一。”胡兴好表示,今后将进一步探索电化学驱动人工肌肉机理,在机理清晰的基础上广泛开展纤维人工肌肉的应用研究,例如仿生鱼、制作用于手部康复的康复手套、仿人机器人中的驱动模块、外骨骼机器人等。

 

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