光控水凝膠可模擬手指彎曲和爬行

植物朝向光源生長(cháng)，這種現象叫作向光性。據物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，受此啟發(fā)，美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的生物工程師開(kāi)發(fā)出一種水凝膠，能通過(guò)光照控制，模擬手指關(guān)節的彎曲和爬行運動(dòng)。近日出版的《納米快報》對此做了詳細介紹。

新型水凝膠是一種水凝膠制動(dòng)器。水凝膠制動(dòng)器能對刺激產(chǎn)生可逆反應，目前在包括軟體機器人在內的許多領(lǐng)域已有應用，但在反應速度、時(shí)間與位置的精確控制方面還有待改善。該項目主要研究人員、生物工程副教授李承旭(音譯)說(shuō)，像他們的這種變形凝膠，可用在藥物遞送、組織工程等方面，未來(lái)也可在軟體機器人領(lǐng)域大展身手。

研究人員把人工合成的彈性蛋白質(zhì)與層狀石墨烯(一個(gè)原子厚度的碳原子堆積起來(lái)形成石墨烯)結合。暴露在近紅外光的照射下時(shí)，這種石墨烯層會(huì )發(fā)熱，進(jìn)而影響合成蛋白質(zhì)，合成蛋白質(zhì)變冷會(huì )吸水，而變熱時(shí)會(huì )釋放出水分。這兩種材料合在一起形成了納米復合生物高聚物，或稱(chēng)為一種水凝膠。其設計為一面的透氣性比另一面更強，透氣性更強的這一面吸收和釋放水分就比另一面更快。

“通過(guò)將這些材料相結合，我們能更精確地控制水凝膠模擬植物細胞對光照的擴展和收縮反應。”李承旭說(shuō)。由于水凝膠不規則地收縮，受光照射時(shí)就會(huì )發(fā)生彎曲，并且還能根據光的位置、強度和路徑不同，顯示出迅速且可調整的運動(dòng)，包括像手指似地彎曲和爬行。他們用這種材料做成一只手的形狀，演示了水凝膠手指在光照下好像人的手指那樣彎曲。

研究人員在論文中還指出，本研究也顯示出人們通過(guò)合理設計蛋白質(zhì)結合人工納米粒子來(lái)創(chuàng )造宏觀(guān)尺度的功能材料的能力。