自带运动修复功能江苏大学发明“生物胶带”

  [中国石化新闻网2024-02-01]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。