镀金洋葱细胞可用来制作人造肌肉

环球科学发表于2015年05月11日21:55:30 | 新闻资讯 | 标签(tags):洋葱 人造肌肉

切洋葱是一件苦差事,尤其如果切“对”了地方,即使最有经验的厨师也会直奔纸巾盒。如今,洋葱不仅只在厨房里展现魅力,它们也被台湾大学的研究者们用在了制造人造肌肉方面。不同于以往的人造肌肉,“洋葱肌肉”可以随着加载电压的不同而伸展收缩并向不同的方向弯曲。在本周美国物理联合会出版的《应用物理快报》中,研究人员报道了这一成果。

当电流通过电极时,洋葱细胞可以如肌肉般弯曲伸展

当电流通过电极时,洋葱细胞可以如肌肉般弯曲伸展。图片来源:Wen-Pin Shih台湾大学

“我们一开始的目的是要开发出一种微结构以增加人造肌肉的驱动变形(即在电压的驱动下人造肌肉弯曲伸展的程度),”课题组的带头人 Wen-Pin Shih说。“有一天,我们发现洋葱细胞的结构和尺寸和我们一直在研发的微结构十分类似。”Shih和研究生Chien-Chun Chen以及同事共同开展了此项研究。

洋葱的表皮,也就是体表下薄脆,轻薄,半透明的那层膜,是由短而结实的细胞紧致地排列在晶格中形成。Shih和他的同事认为洋葱的表皮细胞有望用来制作更为灵活的人造肌肉,完成一些复杂有难度的动作,如在弯曲的同时可以伸展或者收缩。Shih说,目前的人造肌肉只能弯曲或者伸缩,两个动作不能同时进行。

在实验中,研究者们先用酸液去除洋葱细胞的半纤维素,一种增加细胞壁硬度的蛋白质,之后在洋葱表皮的两面镀金作为电极。当电流通过金电极时,洋葱细胞可以如肌肉般弯曲伸展。

“我们有意让两面镀金电极厚度不同,这样两面的细胞硬度就不对称,”Shih说。这种不对称性使得研究者们能够控制肌肉的反应:当加入低电压时,洋葱肌肉会向下伸展,朝镀层厚的一面弯曲。反之,当加入高电压时,洋葱肌肉会向上收缩,且朝镀层薄的一面弯曲。

“我们发现单层晶格结构能够产生独特的驱动模式,这是以往的人造肌肉从未有达到过的,”Shih说。

为了证实人造肌肉可用来制造实用的工具,研究者们用两片洋葱肌肉制作了镊子,并用它成功夹起了棉球。研究者们表示将来希望进一步提高人造肌肉的提升力。“我们下一步的计划是降低洋葱肌肉的驱动电压和驱动力。”(美国物理联合会 张铮铮)

论文链接
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/106/18/10.1063/1.4917498

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