科学家指导水凝胶的生长模仿植物和动物组织结构 2017-07-01 03:23:16

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所属分类 :基金

来自NTU和CMU的科学家通过类似真叶组织生长的过程创造了叶状水凝胶结构

来自新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)和卡内基梅隆大学(CMU)的CMU和NTU科学家已经找到了一种方法来指导水凝胶(一种果冻状物质)的生长,以模仿植物或动物组织的结构和形状

该团队的研究结果发表在今天的美国国家科学院院刊上,提出了组织工程和软机器人等领域的新应用,其中常用水凝胶

该团队还在CMU和NTU申请了专利

在自然界中,当将新的生物质添加到现有结构中时,形成植物或动物组织

它们的形状是这些组织的不同部分以不同速率生长的结果

CMU科学家Changjin Huang,David Quinn,K

Jimmy Hsia和NTU总统候选人Subra Suresh教授组成的研究团队模仿自然界中生物组织的这种行为,表明通过操纵氧气浓度,可以模拟和控制生长速度水凝胶产生所需的复杂3D形状

研究小组发现,较高的氧气浓度会减缓水凝胶中化学物质的交联,从而抑制该特定区域的生长

诸如软线或与凝胶化学结合的玻璃基板的机械约束也可用于操纵自组装和水凝胶形成复杂结构

这是一个带有波浪形边缘的自组装水凝胶碗

将蓝色食品染料溶液保持在碗中以证明其结构完整性

CMU和NTU这种复杂的器官结构对于执行专门的身体功能至关重要

例如,人类的小肠被称为绒毛的微观褶皱所覆盖,这增加了肠道的表面积,从而更有效地吸收食物营养素

新技术与先前通过添加/打印或减去材料层来创建3D结构的方法不同

然而,该技术依赖于多孔水凝胶内单体的连续聚合,类似于有机组织中活细胞的增大和增殖过程

大多数生命系统采用连续增长模型,因此模拟这种方法的新技术可能成为研究人员研究生命系统中生长现象的有力工具

“更好地控制水凝胶生长和自组装成复杂结构,为医疗和机器人领域提供了一系列可能性

一个有益的领域是组织工程,其目标是替换受损的生物组织,例如膝盖修复或创造人工肝脏,“Subra Suresh教授说,他将于2018年1月1日就任南洋理事会主席生长控制和结构控制水凝胶也可用于柔性电子和软机器人的研究和开发,与传统机器人相比提供更大的灵活性,并模仿生物体如何移动和对周围环境作出反应

出版物:Changjin Huang,et al

,“软质材料中复杂三维结构的受控分子自组装”,PNAS,2017; doi:10.1073 / pnas.1717912115资料来源:南洋理工大学