一种受海胆和捕蝇草启发的新型凝胶的开发者表示，这种材料——在接触到水分时会拉直硅柱，并在干燥时使其变得柔软——有一天可能被用于制造防水服装和微观管道系统。
将纳米或微米级物体转化为有用设备的一大挑战是让它们在不同状态之间切换，例如用于通信的亮和暗状态，或用于向体内释放化学物质的打开和关闭状态。因此，水凝胶具有吸引力，水凝胶是富含聚合物的液体，其膨胀和收缩速度取决于其所含水分的量。但是，这种软绵绵的材料难以精确控制，有时会永久塌陷。
因此，研究人员赋予水凝胶更多的骨架。阿尔卡特朗讯贝尔实验室的材料科学家乔安娜·艾森伯格和她的同事将一层凝胶倒在类似针垫的硅晶须阵列上，每个晶须的高度大约相当于人类头发的宽度（100纳米）。在他们被称为 HAIRS 的设计中，干燥的水凝胶附着在硅晶片上，让尖齿像剃须膏广告中恼人的胡茬一样下垂。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和思想的有影响力的故事的未来。
该小组在 1 月 26 日的《科学》杂志上报道，当水分膨胀凝胶时，它会填充硅柱之间的空间，并迫使它们直立起来。艾森伯格说，这种特性可能有助于创造更防水的材料，因为多余的水会成珠状滴落在膨胀的 HAIRS 表面并滚落。
在其他排列方式中，硅碎片像雨刮器一样倾斜，或者连接在一起形成可折叠的金字塔形状或蜂窝状簇。艾森伯格说，这些更复杂的形状可能会形成能够打开和关闭以释放药物涂层珠子或化学物质的小口袋。对于生物传感器或研究工具中的微观管道，“当这些纳米结构弯曲或倾斜时，它们可以[原则上]在微观尺度上引导不同方向的流动，”她说。
艾森伯格专注于创造模仿生物结构的材料。她说，她设计 HAIRS 的灵感来自食肉植物的运动，尤其是来自海胆用来抓取食物和防御寄生虫和捕食者的柄足，这是一种微观的三臂夹具。
其他研究人员对此印象深刻。克拉克森大学的材料研究员谢尔盖·明科表示，将水凝胶与可以呈现不同图案的纳米级骨架结合起来，是“一种非常强大的方法”，可以在不同状态之间来回切换。