据麦姆（mǔ）斯咨询报（bào）道，布（bù）朗大学（xué）（Brown University）的（de）研究人员使用一种能够动态响应环境（jìng）的新型双（shuāng）聚合物材料开发出一套模块化水（shuǐ）凝胶组件（jiàn），可用于各（gè）种“软（ruǎn）体机器（qì）人”和生物医学应用。

这种由3D打印机制作而成的组件能够（gòu）弯曲、扭曲或粘（zhān）在一起，以响应对特定化学品的处理（lǐ）。在发表在《高分子化学（xué）》（Polymer Chemistry）期刊的论（lùn）文（wén）中，研究人员展示了一款柔软的夹具，能够按需驱动拾取小物（wù）件（jiàn）。他们也设计了类似乐高的水（shuǐ）凝胶（jiāo）积木（mù），可以精（jīng）细组（zǔ）装，然后紧紧密封在一起，以形成定制（zhì）化微（wēi）流控装置，可用（yòng）于药物筛选、细胞培养和其他（tā）应用的“芯（xīn）片实验（yàn）室”系统。

研究人员表示（shì），新材（cái）料所具备功能的关键是其双聚合物成分。

布朗大（dà）学（xué）工程（chéng）学院近期（qī）毕（bì）业（yè）的博（bó）士生、论文主要作者Thomas Valentin表示，“本质（zhì）上，一种聚合物能够提供结构完（wán）整性，另一（yī）种能（néng）够实现（xiàn）动（dòng）态行（háng）为，如弯曲或自（zì）粘合（hé）。因此，将两者放在一（yī）起生成的材料会（huì）优（yōu）于各（gè）部（bù）分相加（jiā）的总和。”

当水凝胶中（zhōng）的聚合物链彼此栓在一（yī）起时（shí），水凝胶会固（gù）化，该过程被称为交联。有两（liǎng）种类型（xíng）的键合可将交（jiāo）联聚合物整合起来：共（gòng）价键和离子键（jiàn）。共价键相当强大，但不可（kě）逆转。一旦（dàn）两条链共价连（lián）接，断（duàn）裂链会比破（pò）坏键更容易。另一方面，离子键（jiàn）没那么强（qiáng）大，但是可以（yǐ）逆转。添加离子（具有（yǒu）净正电荷或负电荷的原子或分子（zǐ））将（jiāng）导致键的形成，去除离（lí）子则（zé）会（huì）导（dǎo）致键的（de）分离（lí）。

针对（duì）这（zhè）种（zhǒng）新材料，研究人员将一种共（gòng）价交联的聚合物（wù）（PEGDA）和（hé）另一种离（lí）子交联（lián）的聚合（hé）物（wù）（PAA）结合在一起。PEGDA的强共价（jià）键将（jiāng）材料结合（hé）在一起，而PAA的（de）离子键使（shǐ）其（qí）具有响应性（xìng）。将材料置于富含离子的环境（jìng）中会导致PAA交联，意味着（zhe）该材料会变得更（gèng）坚硬并收缩。将离（lí）子撤走，随着离子键断裂，该材料又会软化并膨（péng）胀。相同的方法也使得材料在需要时能够自粘。将两个（gè）单独的部件放在一起，添加一些离子，这些部（bù）件就会紧密地（dì）连接在一起（qǐ）。

这种强度和动态变（biàn）化的结合，使研究人（rén）员能够制造出柔软的夹具。他们将每（měi）个（gè）夹具的“手指”制作成（chéng）一面是（shì）纯PEGDA材料，一面是PEGDA-PAA的混合物。添加离子导（dǎo）致PEGDA-PAA面收缩并强（qiáng）化（huà），将（jiāng）两个抓手拉到一起。研究人（rén）员表示，这种（zhǒng）机制非常（cháng）强大，能（néng）够举起重约1克的小（xiǎo）物件，且能够抵（dǐ）抗（kàng）重（chóng）力“拿住”物（wù）件（jiàn）。

布朗大学工程系副教授、论文通讯作者Ian Y. Wong表示（shì），“大家都对能改变（biàn）形状并自动适应不（bú）同环境的材料很感兴趣（qù），因此我们展（zhǎn）示了一种可以弯曲（qǔ）并重新配（pèi）置自（zì）身以响应（yīng）外部（bù）刺激的材（cái）料。”

研究人员同样表示（shì），该材（cái）料更直接的应用可能是微流控技（jì）术（shù）领域。

水凝胶对微（wēi）流控（kòng）装置而言是（shì）受（shòu）欢迎的材料，尤其是（shì）生物医学测试应（yīng）用领域。它们像人体（tǐ）组织一样柔软且具有弹性，通常（cháng）是无毒的（de）。问（wèn）题在于通常难以在微流控装置（zhì）中用水凝胶制作复杂（zá）的（de）微通道和腔（qiāng）室。

但是这种新材料，以及它（tā）所涵盖的乐高积木概念，提（tí）供了一种（zhǒng）潜在（zài）的解（jiě）决方案。3D打印允许复（fù）杂的微（wēi）流控结（jié）构（gòu）融入每（měi）个小（xiǎo）块（kuài）。然后可以使用套接配置，更像是真正的乐（lè）高积（jī）木（mù）将这些小块组装起（qǐ）来。将离子添加（jiā）到组（zǔ）装好的小块中可以形成防水密缝。

Valentin指出，“模块化乐高积（jī）木非常有趣，因为（wéi）我们（men）可以为微流控装置创建预制工具（jù）箱。你可以随时使用不（bú）同的微流（liú）控结构（gòu）保留各（gè）种预置部件，然后选择制作自定义微流（liú）控链（liàn）路所需的（de）部件。然后将其组装起来就可以了。”

研究人员表示，在（zài）使用前长（zhǎng）期存（cún）放这（zhè）些小块也不成问（wèn）题。

布朗大学的（de）本科（kē）生、论文共同作者Eric DuBois表示（shì），“这项研究测试用的样本有些是三个月或四个月之前的，因（yīn）此（cǐ）我们认为这些材料可以在（zài）很长一段（duàn）时间内保持可用（yòng）。”

研（yán）究人员（yuán）表示他们（men）将致力于研究该材料，未（wèi）来（lái）可能会调整聚合物的性（xìng）质，以获得更高的耐用性和功能（néng）性。