科学家将蛛丝、蚕丝结合 创造新的神经修复材料

科学家将蛛丝、蚕丝结合创造新的神经修复材料修复受伤的周围神经的标准治疗方法是自体移植，即外科医生切除受损的部分，用身体其他地方的神经来代替它。移植的神经取自感觉神经，通常是硬脑膜神经，它为感觉不重要的皮肤区域提供感觉。但是，神经移植的成功率可能很低。神经导板，即缝合在被切断的神经两端以弥补缺口的管状结构已经存在了大约30年。然而，它们只能用于弥合小缺口。目前，FDA批准的神经导板仅限于1.2英寸（3厘米）以内的短距离神经缺陷。更长的距离需要一个内部框架，以提供必要的结构和细胞支持。牛津大学和维也纳医科大学的研究人员，通过结合两种不同的天然蚕丝，创造了一种新型的神经导引器，这种导引器取自蚕（Bombyxmori）和金球织蛛（Trichonephilaedulis），有可能使神经在更长的距离内再生。以前的研究已经证明了使用蚕丝作为生物材料的好处。蚕茧丝是由纤维蛋白和丝氨酸蛋白组成。两者都具有生物相容性、弹性和韧性。蚕丝纤维素已被证明可以通过增加细胞的增殖和生长来诱导伤口愈合。来自球状编织蜘蛛的拖曳丝具有显著的机械性能，包括高抗拉强度和弹性。研究人员首次将重组成管状的丝质纤维素和天然蜘蛛丝的特点结合起来，创造了一个嵌套导管。导管壁是由蚕丝纤维素制成的，里面充满了球状编织的蜘蛛拖网丝纤维，作为内部引导结构，有点像神经的"扶手"。该神经导引器在右坐骨神经被切断的大鼠身上进行了测试，带来了0.4英寸（10毫米）的明显差距。研究人员发现，受损的神经适应了丝质神经导板，并沿着丝线生长，成功地重新连接了断裂的神经末梢。该研究的第一作者LorenzSemmler说："在我们的研究中，事实证明，当这种丝线由蜘蛛丝和蚕丝制成时，周围的神经功能良好。"研究人员还对蚕丝管的分子结构有了更深的了解，发现它们的多孔性允许营养物质和废物的交换，这对愈合过程至关重要。此外，人们看到负责神经再生的细胞粘附在两种类型的丝上。Semmler说："作为我们研究的一部分，我们不仅成功地进行了神经修复，我们还能够详细地分析愈合过程的组成部分。"与合成物质相比，使用天然材料进行神经引导具有明显的优势。蜘蛛丝是可生物降解的，在动物模型中只产生非常小的免疫反应。它也是可扩展的。从一只织网蜘蛛身上收获的丝可以产生大约33英尺（10米），足以填充一个0.4英寸（10毫米）长的神经导引器。蚕丝的多孔性可以使生物活性分子融入其中，以促进更远距离的神经再生。该研究的共同作者FritzVollrath说："动物丝提供了特殊的机械和生物特性以及多功能的制造可能性，以协助组织的再工程。我们先进的丝中丝神经导引器将蚕丝被加工成三维结构的出色能力与蜘蛛丝的出色细胞粘附性结合起来。"研究人员希望他们的发现将为开发"现成的"神经导向器铺平道路，以治疗人类的周围神经损伤。该研究发表在《先进医疗材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352817.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352817.htm

常见的蛋壳可能成为下一种骨移植材料

常见的蛋壳可能成为下一种骨移植材料骨移植材料有不同的来源。自体移植物使用接受移植物的人的骨头。异体移植物使用在外科手术（如髋关节置换）中收获的供体骨，经过消毒后用于其他手术。异体骨来自另一物种的非活体骨，通常是牛或猪，并在高温下处理以避免免疫排斥和污染。由于其生成新骨的能力，自体和异体移植物仍然是金标准。虽然异体移植物是一种可行的替代方法，但它们依赖于以动物为基础的材料的可用性，其环境成本很高，并引起了伦理问题。为了想出一种安全和有效的异体移植材料，研究人员转向了简陋而丰富的鸡蛋。研究人员开发了一种新的溶解-沉淀方法，从鸡蛋壳中制造无定形磷酸钙（ACP）颗粒。ACP对于形成矿化的--即坚硬和牢固的--骨骼是必不可少的，并且由于其成分，以前被用作骨骼替代品。"蛋壳是合成骨移植材料的理想原料，因为它含有大量的钙和磷成分，"该研究的主要作者马倩丽说。"此外，一些与骨骼再生有关的微量元素，如镁和锶，也在蛋壳中发现。"为了制造他们的"蛋壳ACP"，研究人员首先将蛋壳在1652°F（900°C）下加热一小时，以分解有机物并将碳酸钙转化为氧化钙。将氧化钙加入蒸馏水中，形成白色悬浮液。磷酸被搅拌到悬浮液中，ACP沉淀物被过滤并用蒸馏水清洗，然后被浸入液氮中。在另一个首次中，研究人员将ACP颗粒嵌入到一个三维球体中，通过宿主骨组织和移植材料之间的相互作用，更好地分析颗粒的成骨（成骨）活性。他们发现，在体外蛋壳ACP颗粒与成骨细胞（构建骨骼的细胞）进行了真实的互动。此外，它们是无毒的，具有免疫相容性，并能有效促进骨骼再生。该研究的通讯作者HåvardJosteinHaugen说："这项技术有望创造出无限的生物活性和可持续的骨移植材料，同时减少环境污染。研究中构建的成骨细胞球状体提供了一个更实用的生物材料研究模型，反映了细胞和生物材料之间的三维互动。"研究人员希望，他们的发现将鼓励更多关于使用普通食物垃圾作为生物材料的研究。该研究发表在《医学中的智能材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356763.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356763.htm

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性研究人员创造了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料与玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原长度的五倍，而不会断裂。玻璃态凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比具有类似物理特性的普通塑料更能有效导电。资料来源：北卡罗来纳州立大学王美香科学家们发明了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料尽管含有50%以上的液体，但却非常坚硬且不易破裂。加上玻璃凝胶易于生产，这种材料有望应用于多种领域。凝胶体和玻璃态聚合物是历来被视为截然不同的两类材料。玻璃态聚合物质地坚硬，通常比较脆。它们用于制造水瓶或飞机窗户等物品。凝胶（如隐形眼镜）含有液体，柔软而有弹性。"我们创造了一类被称为玻璃凝胶的材料，这种材料和玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不会断裂，"这项研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系卡米尔和亨利-德雷福斯教授迈克尔-迪基（MichaelDickey）说。"更重要的是，一旦材料被拉伸，你就可以通过加热使其恢复原状。此外，玻璃凝胶的表面具有很强的粘性，这在硬质材料中并不多见。"该论文的共同第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员王美香说："玻璃凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比物理特性相当的普通塑料更能高效导电。考虑到这些材料所具有的许多独特性质，我们对它们的用途感到乐观。"玻璃态凝胶，顾名思义，实际上是一种结合了玻璃态聚合物和凝胶最诱人特性的材料。为了制造玻璃态凝胶，研究人员首先将玻璃态聚合物的液态前体与离子液体混合。将这种混合液体倒入模具中，暴露在紫外线下，使材料"固化"。然后移除模具，留下玻璃状凝胶。"离子液体是一种溶剂，就像水一样，但完全由离子组成，"Dickey说。"通常在聚合物中添加溶剂时，溶剂会推开聚合物链，使聚合物变得柔软、可伸展。这就是为什么湿隐形眼镜柔软，而干隐形眼镜不柔软的原因。在玻璃态凝胶中，溶剂会将聚合物分子链推开，使其像凝胶一样具有拉伸性。然而，溶剂中的离子会强烈吸引聚合物，从而阻止聚合物链移动。链条无法移动就使其成为玻璃状。最终的结果是，由于吸引力的作用，材料变得坚硬，但由于额外的间距，材料仍然能够拉伸。"研究人员发现，玻璃凝胶可以用各种不同的聚合物和离子液体制成，但并非所有类别的聚合物都能用于制造玻璃凝胶。Dickey说："带电或极性的聚合物有望用于玻璃凝胶，因为它们会被离子液体吸引。也许玻璃凝胶最吸引人的特点就是它们的粘性，因为虽然我们知道是什么让它们变得坚硬和可拉伸，但我们只能猜测是什么让它们如此具有粘性。"在测试中，研究人员发现，玻璃状凝胶即使含有50-60%的液体，也不会蒸发或变干。他们还认为，玻璃凝胶易于制造，因此有望得到实际应用。Dickey说："制造玻璃态凝胶是一个简单的过程，可以通过在任何类型的模具中固化或3D打印来实现。大多数具有类似机械性能的塑料都要求制造商将聚合物作为原料进行生产，然后将聚合物运输到另一个工厂，在那里聚合物被熔化并形成最终产品。我们很高兴看到如何使用玻璃凝胶，并愿意与合作者一起确定这些材料的应用"。这篇题为"由溶剂增韧的玻璃凝胶"的论文于6月19日发表在《自然》杂志上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435551.htm

衣服可为电子设备充电，我国科学家取得纤维电池技术新突破

近日，复旦大学科研团队在高性能纤维电池及电池织物研究上取得新突破：通过设计具有孔道结构的纤维电极，实现电极与高分子凝胶电解质的有效复合，团队不仅解决了高分子凝胶电解质与电极界面稳定性差的难题，还发展出纤维电池连续化构建方法，实现了高安全性、高储能性能纤维电池的规模制备。相关研究成果发表于《自然》主刊。科研团队负责人、中国科学院院士彭慧胜表示，通过自主设计关键设备，团队建立了以活性浆料涂覆、高分子隔离膜包覆、纤维螺旋缠绕、凝胶电解质复合以及高分子熔融封装为核心步骤的纤维电池中试生产线，实现每小时300瓦时的产能，相当于每小时生产的电池可同时为20部手机充电。这为纤维电池的大规模应用提供了有力支持。“这一纤维电池可应用于消防救灾、极地科考、航空航天等重要领域，更多应用场景有待各方共同开拓。”彭慧胜说。标签:#纤维电池频道:@GodlyNews1投稿:@GodlyNewsBot

科学家发现能自我修复的金属

科学家发现能自我修复的金属这一发现是由桑迪亚国家实验室和德克萨斯农工大学的研究小组共同完成的。7月19日，《自然》杂志对他们的研究成果进行了介绍。在这幅桑迪亚国家实验室发现的金属纳米级自愈合艺术效果图中，绿色标记为裂缝形成的位置，然后重新融合在一起。红色箭头表示意外触发这一现象的拉力方向。资料来源：丹-汤普森，桑迪亚国家实验室桑迪亚材料科学家布拉德-博伊斯（BradBoyce）说："亲眼目睹这一切绝对令人震撼。我们已经证实，金属具有内在的自然自愈能力，至少在纳米级疲劳损伤的情况下是如此。"疲劳损伤是机器故障的常见原因。这种损伤表现为由于反复受力或运动而形成的微小裂纹。随着时间的推移，这些裂缝会不断扩大和扩展，直至最终导致设备断裂，用科学术语来说就是失效。博伊斯和他的团队看到消失的裂缝就是这些微小但后果严重的裂缝之一--以纳米为单位。博伊斯说："从我们电子设备的焊点到汽车的发动机，再到我们驶过的桥梁，这些结构经常会由于循环加载导致裂纹产生并最终断裂，从而发生不可预知的故障。当它们发生故障时，我们不得不面对更换成本、时间损失，在某些情况下甚至会造成人员伤亡。这些故障对美国的经济影响每年以千亿美元计。"桑迪亚国家实验室研究员RyanSchoell使用由KhalidHattar、DanBufford和ChrisBarr开发的专业透射电子显微镜技术研究纳米级疲劳裂纹。资料来源：克雷格-弗里茨，桑迪亚国家实验室虽然科学家们已经开发出了一些自修复材料，主要是塑料，但自修复金属的概念在很大程度上还停留在科幻小说的范畴。"金属的裂缝只会越来越大，而不会越来越小。甚至我们用来描述裂纹生长的一些基本方程也排除了这种愈合过程的可能性，"博伊斯说。然而，这一由来已久的观念在2013年开始受到MichaelDemkowicz的挑战，他当时是麻省理工学院材料科学与工程系的助理教授，现在是德克萨斯农工大学的全职教授。Demkowicz发表了一项基于计算机模拟的新理论，认为在特定条件下，金属应该能够焊接封闭磨损造成的裂缝。Demkowicz的理论是在桑迪亚国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室联合运营的能源部用户设施"集成纳米技术中心"无意中得到证实的。。现任田纳西大学诺克斯维尔分校副教授的哈立德-哈塔尔（KhalidHattar）和现供职于能源部核能办公室的克里斯-巴尔（ChrisBarr）在发现这一现象时正在桑迪亚进行实验。他们当时只是想评估裂缝是如何在一块纳米级的铂金中形成和扩散的，他们使用了自己开发的一种特殊电子显微镜技术，以每秒200次的速度反复拉扯金属的两端。令人惊讶的是，实验进行了大约40分钟后，破坏的方向发生了逆转。裂缝的一端重新融合在一起，就像在重走自己的路一样，没有留下任何痕迹。随着时间的推移，裂缝沿着不同的方向重新生长。了解这一理论的博伊斯与Demkowicz分享了他的发现。随后，这位教授在计算机模型上重现了实验，证实在桑迪亚看到的现象与他多年前的理论相同。他们的工作得到了能源部基础能源科学科学办公室、国家核安全局和国家科学基金会的支持。关于自修复过程还有很多未知数，包括它是否会成为制造环境中的实用工具。博伊斯说："这些发现在多大程度上具有普遍性将成为广泛研究的课题。我们展示了纳米晶金属在真空中发生的这种情况。但我们不知道这是否也能在空气中的传统金属中诱发。尽管存在种种未知，但这一发现仍然是材料科学前沿的一次飞跃。"Demkowicz说："我希望这一发现能够鼓励材料研究人员考虑，在适当的情况下，材料可以做出我们意想不到的事情。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372193.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372193.htm

科学家开发出一种新型材料 兼顾高强度、轻质与吸震能力

科学家开发出一种新型材料兼顾高强度、轻质与吸震能力材料需要善于消散振动，同时保持足够的刚度以防止在巨大压力下坍塌。UvA物理研究所的一组研究人员现在已经找到了一种设计材料的方法，可以同时做到这两点。通常，材料的两种特性是相互排斥的：某种材料要么坚硬，要么可以很好地吸收振动——但很少两者兼而有之。然而，如果我们能够制造出既坚硬又善于吸收振动的材料，那么就会有很多潜在的应用，从纳米尺度的设计到航空航天工程。阿姆斯特丹大学的一组研究人员现已找到一种方法来制造坚硬但仍能很好吸收振动的材料——同样重要的是，这种材料可以保持非常轻的重量。该出版物的主要作者DavidDykstra解释说：“我们发现诀窍是使用会弯曲的材料，例如薄金属板。当以一种巧妙的方式组合在一起时，由这种弯曲的板材制成的结构会成为很好的振动吸收器——但与此同时，它们还保留了它们所用材料的很多刚度。此外，板材不需要很厚，因此材料可以保持相对轻便。”该材料使用这种金属板的屈曲来组合所有这些所需的特性。研究人员彻底研究了这些弯曲材料的特性，发现它们都显示出刚度和消振能力的神奇组合。由于已知材料不具有这种所需的特性组合，因此新的实验室制造材料（或超材料）具有非常广泛的潜在应用，并且具有非常广泛的规模。这种材料可能的用途范围从米级（航空航天、汽车应用和许多其他民用设计）到微型（显微镜或纳米光刻等应用）。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363565.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363565.htm