據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，目前，當(dāng)桌腿破裂或手機(jī)摔碎，我們要么拿去修理，要么換新的，但如果這些物品能自愈，修復(fù)受損或丟失的零件，那肯定是一件大喜事。美國(guó)科學(xué)家最近研制出的新凝膠就能使復(fù)雜的物品自我修復(fù)，研究發(fā)表在《納米快報(bào)》雜志上。

該研究的主要負(fù)責(zé)人、匹茲堡大學(xué)斯萬(wàn)森工程學(xué)院化學(xué)和石油工程教授安娜?巴拉茲表示：“盡管此前已有科學(xué)家研制出了能修理小瑕疵的材料，但還沒(méi)有人研制出能讓受損物品大面積再生的系統(tǒng)，最新研究有望大大提高物品的使用壽命。”

該研究團(tuán)隊(duì)受到了四肢能再生的兩棲動(dòng)物的啟發(fā)，這類組織再生由三個(gè)關(guān)鍵的指令系統(tǒng)引導(dǎo)：開始、蔓延、終止，巴拉茲稱之為“美妙的動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)過(guò)程”，并希望在合成材料內(nèi)復(fù)制這一過(guò)程。巴拉茲說(shuō)：“我們需要研發(fā)出一套系統(tǒng)，其首先能感知材料的移除并啟動(dòng)再生過(guò)程，接著讓這一過(guò)程不斷蔓延，直到材料達(dá)到理想的大小，然后終止。”

巴拉茲表示：“最大的挑戰(zhàn)是為合成材料提供輸送組織，生物有機(jī)體擁有循環(huán)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)血細(xì)胞和遺傳物質(zhì)等的輸送，但合成材料沒(méi)有這樣的系統(tǒng)，因此，我們需要研制出類似于傳感器的器件，來(lái)啟動(dòng)并控制整個(gè)過(guò)程。”

新凝膠內(nèi)嵌有納米棒，凝膠周圍被包含有單體和交聯(lián)劑(連接聚合物鏈的分子)的溶液所圍繞，這套系統(tǒng)可以復(fù)制整個(gè)動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)過(guò)程。當(dāng)部分凝膠斷裂時(shí)，裂口附近的納米棒會(huì)扮演傳感器的角色并移到新的接口，納米棒一端的鏈或“邊緣”會(huì)使納米棒留在本地的接口，沿著納米棒表面的點(diǎn)會(huì)觸發(fā)凝膠同溶液內(nèi)的單體和交聯(lián)劑發(fā)生聚合反應(yīng)，從而再生出新凝膠。

該論文的主要作者雍新(音譯)等研制出的計(jì)算模型可以對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行控制，使再生凝膠的外觀和表現(xiàn)與其替代的凝膠一樣，并終止該反應(yīng)。巴拉茲說(shuō)：“整個(gè)過(guò)程最完美也最具挑戰(zhàn)性的部分是設(shè)計(jì)出能承擔(dān)不同任務(wù)的納米棒，它們是整個(gè)動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)過(guò)程的關(guān)鍵，其厚約10納米，不足人類發(fā)絲直徑的萬(wàn)分之一。”

他們計(jì)劃改進(jìn)整個(gè)過(guò)程并增強(qiáng)新舊凝膠之間的結(jié)合，這一點(diǎn)受巨杉樹的啟發(fā)。巴拉茲解釋道：“每棵巨杉樹都擁有中空的根部系統(tǒng)，當(dāng)它們生長(zhǎng)時(shí)，這些根部系統(tǒng)會(huì)相互交織，為樹木生長(zhǎng)提供支撐。同樣，納米棒的邊緣也能讓再生的材料變得更強(qiáng)韌。”更進(jìn)一步的研究重點(diǎn)是讓這一過(guò)程最優(yōu)化以生長(zhǎng)出多層，最終制造出擁有多重功能的更復(fù)雜材料。