据麦姆斯咨询报道，布朗大学（xué）（Brown University）的研究人（rén）员使用一（yī）种（zhǒng）能（néng）够（gòu）动态响应环境（jìng）的新型双聚（jù）合物材料开发（fā）出一（yī）套模块化水凝（níng）胶组件，可用于各种“软（ruǎn）体（tǐ）机器人”和（hé）生物医学应用（yòng）。

这种（zhǒng）由3D打印机制作而（ér）成的组件（jiàn）能够弯曲（qǔ）、扭曲（qǔ）或粘在（zài）一起，以响应（yīng）对特定化学品（pǐn）的处理。在发表在（zài）《高分子化学》（Polymer Chemistry）期刊（kān）的（de）论文中，研究人员（yuán）展（zhǎn）示了一款柔软的夹具，能够按（àn）需驱动拾取（qǔ）小物（wù）件（jiàn）。他们也设计（jì）了类似乐高的水凝胶（jiāo）积木，可以精细组装，然后紧紧密封在一（yī）起（qǐ），以（yǐ）形成定制（zhì）化（huà）微流控装（zhuāng）置，可用于药物（wù）筛（shāi）选、细胞培养和其（qí）他应（yīng）用的“芯片（piàn）实验室”系统。

研究人员表示，新材料所具备功能（néng）的关键是其双聚合物（wù）成分（fèn）。

布朗大学工程学院近期毕业的（de）博（bó）士（shì）生、论文主（zhǔ）要作者Thomas Valentin表（biǎo）示，“本质上，一种聚（jù）合物能够提供（gòng）结构完整性，另一种能够实现动态行为，如弯曲或自粘合。因此，将两（liǎng）者放在一起生成的（de）材料会优于各部分相（xiàng）加的总和。”

当水凝胶中的聚合物链彼此栓在一起时（shí），水（shuǐ）凝（níng）胶（jiāo）会固化（huà），该（gāi）过程被称为交联。有两种（zhǒng）类型的键合可将交联聚合物整合起来：共（gòng）价键和离子键。共价键相当强（qiáng）大（dà），但（dàn）不可逆（nì）转。一旦两（liǎng）条链共价连接，断裂（liè）链会比破（pò）坏（huài）键更容易。另（lìng）一方面，离（lí）子键没那么强大，但（dàn）是可以逆（nì）转（zhuǎn）。添加（jiā）离子（具（jù）有净（jìng）正电荷（hé）或负电荷的原（yuán）子或分子）将导致键的形成，去除离子则（zé）会导致键的（de）分离。

针对这（zhè）种新材料，研究人员将一种共价交联（lián）的（de）聚合（hé）物（PEGDA）和另一种离子交联（lián）的聚合物（PAA）结合在一（yī）起。PEGDA的（de）强共价键将材料结（jié）合在一起，而PAA的离子键（jiàn）使其具（jù）有响应性。将（jiāng）材料置于富（fù）含（hán）离子的环境中会导致PAA交联，意味着该材（cái）料会变得（dé）更坚硬并收缩。将离子撤走，随着（zhe）离（lí）子键断裂（liè），该材（cái）料又会（huì）软化并膨（péng）胀。相同的方法也（yě）使得材料在（zài）需要时能够自粘。将两个单独的部件放（fàng）在一（yī）起（qǐ），添加一些离子，这些部件（jiàn）就（jiù）会紧密地连接在一（yī）起。

这种强度和动态变化（huà）的结合（hé），使研究人员能够制造出柔（róu）软（ruǎn）的夹具。他们（men）将每个夹具的“手指”制作成（chéng）一面是纯PEGDA材料，一面是PEGDA-PAA的混（hún）合物。添加离（lí）子导致PEGDA-PAA面收缩并强化（huà），将两个抓手拉到一起。研究人员表示，这（zhè）种机制非常强大，能够举起重（chóng）约1克的（de）小物件，且能（néng）够抵抗重力“拿住”物件（jiàn）。

布（bù）朗大学工（gōng）程系副教授、论文通（tōng）讯作者Ian Y. Wong表（biǎo）示，“大家（jiā）都对能改变形状并自（zì）动适应不同（tóng）环境的（de）材料很感（gǎn）兴趣，因此我（wǒ）们展（zhǎn）示了一种可以弯曲并重新（xīn）配置自身（shēn）以响应外部刺（cì）激的材料（liào）。”

研究人员（yuán）同样表示，该材料更直接的（de）应用可能是微流控技术领域。

水凝胶对微流控装置而言是（shì）受（shòu）欢迎的材料，尤其是生（shēng）物医学（xué）测试（shì）应（yīng）用领域（yù）。它们像人体组织（zhī）一（yī）样柔（róu）软且具有弹性，通常是无毒的。问题在于通（tōng）常难以在微流控装置中用（yòng）水凝胶制作复杂的（de）微通道（dào）和腔室。

但是（shì）这（zhè）种新材料，以及（jí）它所涵盖的（de）乐（lè）高积木概念，提（tí）供了一种（zhǒng）潜在的解决（jué）方案。3D打印允许（xǔ）复杂的微（wēi）流控结构融入（rù）每（měi）个小块。然后可以使用（yòng）套接配置，更（gèng）像是（shì）真（zhēn）正的（de）乐高积木将这些小（xiǎo）块组装起来。将离子添加到组装好的小块中可以形成防水密缝（féng）。

Valentin指出，“模块（kuài）化乐高积木（mù）非常有趣，因为我们可（kě）以为微流控装置创建（jiàn）预制工具（jù）箱。你可以随时使用不（bú）同的微（wēi）流控结构（gòu）保留各种预置部件，然后选择（zé）制作自定义微流控链路所需（xū）的部件。然后将其组装起来就可以了。”

研（yán）究人（rén）员表示，在使（shǐ）用前长期存放（fàng）这些小块也不（bú）成问题。

布朗大学的本科生（shēng）、论文共（gòng）同作（zuò）者Eric DuBois表（biǎo）示（shì），“这（zhè）项研究测试用的样（yàng）本（běn）有些是（shì）三（sān）个月或四个（gè）月之前的，因（yīn）此我们认为（wéi）这些（xiē）材料（liào）可以在很长一（yī）段时（shí）间（jiān）内保（bǎo）持可用。”

研（yán）究（jiū）人员表示他们将致力于（yú）研究该（gāi）材料，未来可能会调整（zhěng）聚合物的性质，以获得（dé）更高的耐（nài）用性和功能性。