客观日本

北海道大学教授龚剑萍等人成功研发出柔软且比金属强韧的新材料

2017年02月22日 化学材料

日本北海道大学教授龚剑萍带领的研究团队成功开发出了柔软且比金属强韧的新材料“纤维强化凝胶”。龚教授多年以来一直专注于研究富含水分,柔软且强韧的生物组织。这种新型材料是由龚教授先前开发的一种名为polyampholyte gel的水凝胶(Hydrogel,一种胶状物)与直径10微米(0.01毫米)的细玻璃纤维复合而成。其中水占了体积的40%,不但可以随意弯曲并且保持柔软性,更是具备了超过金属的强韧性。

photo

纤维强化凝胶(龚剑萍教授提供)

水凝胶是指在网状高分子的内部含有大量水的材料。水凝胶的构造与果冻和蒟蒻相同。由于人体内约有60%是水分,水凝胶被用作人造关节与人体能够很好的融合,在医疗领域受到了广泛的关注。然而,由于水凝胶十分脆弱,实际的应用仅仅局限于隐形眼镜等方面。

由龚教授先前开发并作为此次新材料的原料的polyampholyte gel是由带负电荷的单体(聚合后可生成聚合体)与带正电荷的单体发生聚合反应后生成。反应后由于物质内部存在大量离子键,使它具有强韧性并且具备能够自我修复的特性。此次将polyampholyte gel与玻璃纤维复合后,生成的材料的强韧性是polyampholyte gel的100倍,是玻璃纤维的25倍。龚教授和北海道大学的教授们认为是polyampholyte gel内部的凝胶与纤维间生成的大量离子键使新材料变得更有强韧性。

龚教授说:“基于此次研究成果,希望今后能把纤维强化凝胶应用在人造韧带、肌腱等受力大的生物组织上。”此外,新材料也有望作为柔软且结实的布料被应用在服装、工业材料等方面,或是将此实验方法应用在水凝胶以外的材料上,制造出比已有材料更柔软且强韧的橡胶等。

“ImPACT”是由推行给社会和工业带来变革的高风险、高影响力的研究开发的政府的一个革新的研究开发推动项目。该项目采纳了名为“超薄膜化、强韧化‘柔软且结实的聚合物’的实现”的开发计划,从而有了此次的研究成果。主导此次研究开发的项目经理、东京大学研究生院新领域创成科学研究科教授伊藤耕三发表评论说:“今后,此次研究的技巧和机制是实现了‘柔软且结实的聚合物’的重要基础技术,有望被广泛应用在医疗材料、工业材料等方面。”

文/小岩井忠道(中国综合研究交流中心)

gong.jpg

龚剑萍 北海道大学教授

1983年中国浙江大学毕业后,1991年在茨城大学研究生院理学研究科高分子化学专业完成了研究生课程,1993年在东京工业大学研究生院综合理工学研究科材料科学专业完成了博士课程。先后在北海道大学理学部担任助手、助教授、大学院理学研究科教授,2010年4月担任尖端生命科学研究院教授。2005年担任浙江大学准会员教授。在加入“ImPACT”之前也多次在科学技术振兴机构(JST)的研究推动事业中担任过研究员,并且取得了重大的成果。


相关链接(日语)

北海道大学、科学技术振兴机构、内阁府新闻稿“比金属更结实的柔软复合材料‘纤维强化凝胶’的开发”

内阁府 革新的研究开发推进项目(ImPACT

北海道大学、科学技术振兴机构、内阁府新闻稿“使用‘Tri-block copolymers’开发新型高强度的水凝胶”

科学技术振兴机构 战略创造研究推进事业 个人研究 追踪评价资料“研究领域、组织化与机能”

专题网页