一、项目简介

人工肌肉是指不用机械装置，而以电场驱动或者化学驱动的材料。目前用于制备人工肌肉的材料有高分子凝胶、导电高分子材料、液晶高分子材料、超分子系统、金路彰导复合材料等。其中，高分子凝胶以良好的生物相容性引起了广泛的关注。科学家们以为，除动物肌肉之外，唯有高分子水凝胶是可用于化学能向机械能转换的理想材料。

水凝胶的结构与体内的大分子基组分相近，但是大多数人造普通水凝胶的机械强度很差，并且随着含水量的增加而大幅度下降。传统上提高水凝胶强度的方法主要集中在改善水凝胶的交联密度上，但是仅仅通过提高交联密度并不能从根本上提高水凝胶的强度，并且还会大大降低水凝胶的柔韧性，使水凝胶变得很脆，另外变小的网格还会影响水凝胶的渗透性和扩散性能，从而限制了水凝胶的进一步应用。

本发明以海藻酸钠为高分子骨架，以丙烯酰胺及其衍生物为聚合单体，以二乙烯基苯、N,N'二亚甲基双丙烯酰胺或二甲基丙烯酸乙二醇酯为化学交联剂，以金属盐水溶液为离子交联剂，制备高弹性和高韧性的水凝胶。在制备水凝胶的过程中，添加含金属离子水溶液的有机物乳液，当制成的水凝胶收到外力拉伸到一定程度时，凝胶变形拼压有机物乳液，释放出金属离子并与杂化凝胶中的海藻酸钠交联，可显著提高凝胶强度，防止凝胶断裂。该制备方法具有可控性好，工艺简单，成本低等优点，得到的水凝胶材料能自增强，有望在人工软骨、人工肌肉以及柔性机器人制造等领域获得应用。