肌肉組織是人體最堅(jiān)韌的各向異性組織之一;其優(yōu)異的力學(xué)性能來源于其獨(dú)特的多層級(jí)纖維結(jié)構(gòu)。這些多層次纖維結(jié)構(gòu)的形成包含了兩個(gè)基本的生命過程:i) 外界營養(yǎng)成分的攝取、轉(zhuǎn)換; ii) 機(jī)械訓(xùn)練將攝取的外界營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為纖維結(jié)構(gòu),從而增強(qiáng)增韌肌肉組織。此外,肌肉組織生長(zhǎng)過程中,纖維結(jié)構(gòu)會(huì)先損失、斷裂;在吸收外界營養(yǎng)及訓(xùn)練之后變粗、重構(gòu),使得肌肉變大變粗,增強(qiáng)其承重能力。受此生長(zhǎng)過程啟發(fā),研究人員已經(jīng)開發(fā)了機(jī)械訓(xùn)練誘導(dǎo)的纖維結(jié)構(gòu)原位生成的水凝膠及力誘導(dǎo)的自生長(zhǎng)水凝膠。這些水凝膠在經(jīng)過機(jī)械訓(xùn)練后,力學(xué)性能都能夠增強(qiáng);但是在這些水凝膠中,力的作用主要是在各項(xiàng)同性水凝膠中原位生成纖維結(jié)構(gòu)(機(jī)械訓(xùn)練誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變)、或者是用于誘導(dǎo)聚合反應(yīng)(模仿肌肉的基質(zhì)生長(zhǎng));目前仿肌肉生長(zhǎng)的策略仍然難以完美復(fù)制肌肉的生長(zhǎng)過程,即基質(zhì)生長(zhǎng)和機(jī)械訓(xùn)練誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。
相關(guān)工作近日以“Muscle-Inspired Self-Growing Anisotropic Hydrogels with Mechanical Training-Promoting Mechanical Properties”為題發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》。武漢理工大學(xué)碩士研究生夏雨龍為論文的第一作者,電子科技大學(xué)崔家喜教授和武漢理工大學(xué)羅國強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)周小狀研究員為論文的共同通訊作者。
圖1.各向異性堅(jiān)韌水凝膠的機(jī)械訓(xùn)練相關(guān)生長(zhǎng)設(shè)計(jì)。圖片來源:Adv. Mater.
圖2.自生長(zhǎng)各向異性水凝膠。圖片來源:Adv. Mater.
圖3.自生長(zhǎng)各向異性水凝膠的結(jié)構(gòu)演化和力學(xué)性能。圖片來源:Adv. Mater.
圖4.水凝膠的超高耗能能力的評(píng)價(jià)和應(yīng)用示范。圖片來源:Adv. Mater.
論文相關(guān)鏈接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202416744
通訊作者簡(jiǎn)介
崔家喜博士簡(jiǎn)介:電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院教授。2008年博士畢業(yè)于北京大學(xué),先后在北京大學(xué)、德國馬普 高分子所、哈佛大學(xué)國內(nèi)外知名高;蚩蒲袡C(jī)構(gòu)從事功能高分子材料方面的研究工作,2015德國萊布尼茨新材料所研究員,獨(dú)立課題組PI;2017年起電子科技大學(xué)教授。
研究領(lǐng)域?yàn)榉律鷦?dòng)態(tài)軟材料的研究,在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表SCI論文100多篇,包括Nat. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem., Int. Ed.等。獲國內(nèi)外授權(quán)發(fā)明專利10多項(xiàng),編寫英文專著(章節(jié))2部。研究成果多次受到國內(nèi)外專家和各科學(xué)媒體(Wiley, ChemView, MRS, Phys 等)以及電視臺(tái)的競(jìng)相報(bào)道與高度評(píng)價(jià)。其中新型超滑表面涂層以及冬暖夏冷涂層系列研究工作不僅是學(xué)術(shù)領(lǐng)域開創(chuàng)性和引領(lǐng)性的工作,而且也受到的商業(yè)界的關(guān)注。獲國家特聘青年人才資助、四川學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人等。
https://www.x-mol.com/groups/cui_jiaxi
羅國強(qiáng)教授簡(jiǎn)介:武漢理工大學(xué)材料學(xué)院院長(zhǎng),重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席專家、國防卓青。主要研究方向?yàn)椋合冗M(jìn)功能復(fù)合材料以及功能梯度復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備新技術(shù)、結(jié)構(gòu)控制、性能及應(yīng)用研究。重點(diǎn)為在功能梯度設(shè)計(jì)與仿真,微發(fā)泡技術(shù)、薄帶流延成型技術(shù)、粉末冶金技術(shù)、擴(kuò)散鏈接技術(shù)等梯度復(fù)合新技術(shù)、以及材料結(jié)構(gòu)與性能表征等方面取得了一系列突出成果。在國內(nèi)外重要期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇,申請(qǐng)國家發(fā)明專利20余項(xiàng),獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)等各類省部級(jí)以上科研獎(jiǎng)項(xiàng)6項(xiàng)。
- 大連理工大學(xué)蹇錫高院士團(tuán)隊(duì) AFM:穿山甲鱗片結(jié)構(gòu)啟發(fā)的高強(qiáng)度可修復(fù)超分子水性聚合物網(wǎng)絡(luò) 2025-04-04
- 南京林業(yè)大學(xué)羅艷龍 AFM:受蜻蜓翅膀啟發(fā)的網(wǎng)狀分級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)超分子彈性體的強(qiáng)韌化 2025-04-04
- 澳門大學(xué)周冰樸團(tuán)隊(duì) Adv. Mater. : 基于仿生磁化微脊結(jié)構(gòu)的“粘-滑”過程重構(gòu) 2025-03-21
- 香港城市大學(xué)朱平安課題組《Mater. Horiz.》:可編程光熱各向異性微馬達(dá)自組裝結(jié)構(gòu)用于多模態(tài)運(yùn)動(dòng) 2025-01-08
- 西安交大郭保林/憨勇/趙鑫團(tuán)隊(duì):具有各向異性微通道和順序遞送雙生長(zhǎng)因子的可生物降解導(dǎo)電IPN原位冷凍凝膠用于骨骼肌再生 2024-11-24
- 寧波材料所陳濤/寧波工程學(xué)院高國榮等 Angew:海洋變形蟲啟發(fā)的鹽化水凝膠的各向異性重構(gòu)和及其可編程的形變 2024-10-15
- 清華大學(xué)吉巖副教授、梁歡博士 Nat. Commun.:自生長(zhǎng)液晶彈性體的復(fù)原策略 2024-08-29
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