對(duì)龍蝦腹部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的新認(rèn)識(shí)為麻省理工學(xué)院（MIT）的工程師們提供了一種堅(jiān)韌而有彈性的新型水凝膠的模型。這種材料模仿了龍蝦腹部的螺旋結(jié)構(gòu)，使其具有很強(qiáng)的耐久性和抗撕裂性，創(chuàng)造者希望它能被用作人造韌帶和肌腱。

　　這種新材料是平行研究的結(jié)果，其中之一是機(jī)械工程教授趙煊赫正在進(jìn)行的水凝膠開(kāi)發(fā)。趙煊赫?qǐng)F(tuán)隊(duì)的研究人員一直在研究抗疲勞水凝膠，它由水和交聯(lián)聚合物制成，由像一束稻草一樣排列的超細(xì)纖維組成。這使它們能夠承受反復(fù)的拉伸和拉扯而不發(fā)生撕裂。

　　與此同時(shí)，麻省理工學(xué)院的另一組科學(xué)家最近發(fā)表了描述龍蝦腹下機(jī)械特性的研究。這種保護(hù)膜的橫截面顯示了由天然聚合物甲殼素制成的薄片，它們以36度角相互堆疊，很像一個(gè)螺旋形的樓梯。這被稱為bouligand結(jié)構(gòu)，研究人員說(shuō)這是該膜的自然伸展性和強(qiáng)度的關(guān)鍵。

　　研究報(bào)告作者林少挺說(shuō)：“我們了解到龍蝦腹部的這種bouligand結(jié)構(gòu)具有很高的機(jī)械性能，這促使我們看看是否能在合成材料中再現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)?！?/p>

　　科學(xué)家們合作使用抗疲勞水凝膠重新創(chuàng)造了這種結(jié)構(gòu)。這涉及到使用電紡技術(shù)創(chuàng)建直徑約為800納米的超細(xì)線，這些線被捆綁在一起形成平坦的薄膜，并在一個(gè)高濕度室中焊接，然后在培養(yǎng)箱中結(jié)晶。

　　然后將這些薄膜中的五個(gè)疊在一起，每個(gè)疊成36度角，形成螺旋狀的bouligand結(jié)構(gòu)。這堆薄膜再次被焊接和結(jié)晶，以加強(qiáng)材料并形成一個(gè)水凝膠，其大小與一小塊蘇格蘭膠帶差不多。

　　拉伸測(cè)試顯示，水凝膠與天然龍蝦腹膜一樣具有抗撕裂和抗裂的能力?？茖W(xué)家們還在薄膜上做了一些缺口，以觀察裂縫在經(jīng)歷拉伸時(shí)可能如何傳播，有角度的結(jié)構(gòu)似乎包含了損害，并導(dǎo)致材料的抗疲勞性比傳統(tǒng)納米纖維水凝膠高50倍。

　　林少挺解釋說(shuō)：“從直覺(jué)上講，一旦材料中的裂紋在一層中傳播，它就會(huì)受到相鄰層的阻礙，這些層中的纖維以不同角度排列?！笨茖W(xué)家們還使用微小的微粒子進(jìn)行了沖擊測(cè)試，以高速向材料發(fā)射。這顯示了高抗沖擊性，或能量吸收，每公斤材料有40千焦耳。

　　研究作者David Veysset說(shuō)："這意味著一個(gè)以每秒200米的速度發(fā)射的5毫米的鋼球?qū)⒈?3毫米的材料所阻止。它不像凱夫拉那樣有抵抗力，凱夫拉需要1毫米，但這種材料在其他許多方面都勝過(guò)凱夫拉。"

　　伸展性是這種水凝膠勝過(guò)凱夫拉的一個(gè)類別?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這一點(diǎn)，加上其出色的強(qiáng)度，有一天可以看到它被用作靈活和耐用的人造組織，如韌帶和肌腱。這將需要大幅提高制造工藝，盡管該團(tuán)隊(duì)對(duì)這種可能性感到興奮。

　　林少挺說(shuō)：“要使水凝膠材料成為承重的人工組織，既要有強(qiáng)度，又要有變形能力。我們的材料設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)特性?！?/p>

　　這項(xiàng)研究發(fā)表在《 Matter》雜志上。