新方法生产强大，抗疲劳，但软的水凝胶在医学上有潜在的应用

人体骨骼肌柔软而强壮，抗疲劳，富含水分——这是材料研究人员为自己的发明所追求的一种特殊的特性组合。欧洲杯足球竞彩

现在，一项新的研究由麻省理工学院已经揭示，通过对合成水凝胶进行剧烈的锻炼，可以赋予它们全部的特性。

特别是，研究人员通过在水浴中膨胀人工合成的水凝胶来对其进行机械训练。在“健身房”的重复训练就像锻炼骨骼肌一样有效果。该作业将纳米纤维与合成水凝胶结合在一起，创造出一种柔软、坚固、含水的材料，能够在无数次重复运动中抵抗疲劳或破坏。

麻省理工学院(MIT)机械工程副教授赵宣和(音)表示，在实验中训练出来的聚乙烯醇(PVA)水凝胶是很受欢迎的生物材料，被科学家用于药物涂层、医疗植入物和许多其他应用欧洲杯足球竞彩。”但具有这四种重要特性的飞机至今还没有被设计或制造出来”。

赵和他的同事在他们的论文中描述，这篇论文最近发表在美国国家科学院院刊，欧洲杯线上买球如何将水凝胶3d打印成各种各样的形状，并经过训练形成一套类似肌肉的特征。

在未来的日子里，这些材料可能会被用于像“欧洲杯足球竞彩心脏瓣膜，软骨置换，椎间盘，以及工程应用，如软机器人好了,”赵说。

该论文的其他作者还有赵实验室的博士后刘吉、研究生林少廷和研究生刘勋悦。

训练力量等等

心脏瓣膜和肌肉是优良的承重自然组织的例子，是材料科学家的生物灵感;欧洲杯足球竞彩然而，设计出能够同时捕捉它们所有特征的欧洲杯足球竞彩材料是非常困难的，赵说。

例如，可以使用高度排列的纤维来增加水凝胶的强度;然而，它可能不具备人体所需的水分含量，或者它可能不像肌肉那么柔软。

人体的大部分组织含有大约70%的水分，所以如果我们想在体内植入生物材料，较高的水分含量在体内的许多应用中是更可取的。

赵宣和，麻省理工学院机械工程系副教授

该研究的主要作者林表示，通过机械训练可以产生一种类似肌肉的水凝胶的发现是某种巧合PNAS研究。科学家们一直在对水凝胶进行循环机械载荷测试，试图确定水凝胶开始分解的疲劳点。相反，他们惊讶地发现，水凝胶实际上是通过循环训练得到强化的。

循环加载后水凝胶的强化现象与目前对水凝胶疲劳断裂的认识有悖直觉，但与训练后肌肉的强化机制有相似之处。

林绍庭，麻省理工学院机械工程系研究生

在训练之前，组成水凝胶的纳米纤维是任意方向的。

”在训练过程中，我们意识到我们正在调整纳米纤维并补充说，这种排列类似于人类肌肉在频繁运动下的变化。这样的训练使水凝胶抗疲劳和更强。四种主要特征的组合在大约1000次拉伸循环后出现，但某些水凝胶在超过30000次的拉伸循环后仍未分解。与未拉伸的水凝胶相比，经过训练的水凝胶的拉伸强度(在纤维方向上)大约增加了4.3倍。同时，该团队发现，水凝胶显示出柔软的灵活性，并保持84%的高含水量。

视频来源:麻省理工学院

疲劳的因素

研究人员最终转向共聚焦显微镜来仔细检查训练过的水凝胶，以检查他们是否可能找到其显著抗疲劳特性背后的原因。

我们让这些经历了数千次的负载循环，为什么它没有失败呢?我们所做的是在这些纳米纤维上做一个垂直的切割，并试图在这种材料上传播裂缝或损伤．

林绍庭，麻省理工学院机械工程系研究生

我们在显微镜下对这些纤维进行染色，观察它们在切割后是如何变形的，[并发现]一种叫做裂纹钉扎的现象是抗疲劳的原因。

刘吉，麻省理工学院机械工程系博士后研究员

在无定形水凝胶中，聚合物链是随机排列的，在凝胶中扩散破坏不需要太多的能量。但在排列整齐的水凝胶纤维中，垂直于纤维的裂缝被“固定”在适当的位置，并防止其延长，因为逐个穿过排列整齐的纤维需要更多的能量．

林绍庭，麻省理工学院机械工程系研究生

事实上，经过训练的水凝胶打破了莱克-托马斯理论提出的一个众所周知的疲劳阈值，该理论提出了断裂一层无定形聚合物链所需的能量，就像构成PVA水凝胶的那些链一样。赵和他的同事得出结论，经过训练的水凝胶的抗疲劳能力是理论预测的10到100倍。

这项研究部分由美国国家科学基金会、海军研究办公室和美国陆军研究办公室通过麻省理工学院士兵纳米技欧洲杯线上买球术研究所提供支持。