以婴儿囟门闭合为灵感，中国科学家发明“自生长”骨骼机器人！我们所有人在刚出生时

我们所有人在刚出生时，颅骨之间存在着间隙，上面覆盖着软结缔组织也就是囟（xin）门。囟门的柔软，使得颅骨可被压缩，并能适应妈妈狭窄的产道。出生后，囟门中的组织会慢慢变为坚硬骨骼并在1-2岁闭合。
近日，浙江桐乡女生曹丹凤模拟自然骨骼的生长，造出可独立发育骨骼的微型机器人。

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图|曹丹凤
当一种电活性聚合物与骨骼发育中的重要生物分子相结合，即可制备这种机器人。当它受到刺激时，即可“复制”人体骨骼的自然过程，并形成具有多种配置的骨骼。

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【以婴儿囟门闭合为灵感，中国科学家发明“自生长”骨骼机器人！】图|可独立发育骨骼的微型机器人
2021年12月7日，相关论文以《自创骨骼的生物混合可变刚度软执行器》（BiohybridVariable-StiffnessSoftActuatorsthatSelf-CreateBone）为题发表在AdvancedMaterials上。曹丹凤担任一作，目前她正在瑞典林雪平大学应用物理专业读博四。
实验灵感来自婴儿出生前后的过程
该研究由瑞典林雪平大学和日本冈山大学的合作团队完成，他们开发出一种可采用不同形式进行自我硬化的材料组合。这种柔软型材料，经过短时间培养后能形成骨骼的最初形态——羟基磷灰石。相比此前材料，此次新形成的矿化材料具有更坚硬的特性。

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图|相关论文（来源：AdvancedMaterials）
曹丹凤表示，该材料的研究基础，来自日本冈山大学研究人员之前开发的新型骨骼生成材料。该校的上冈宏（HiroshiKamioka）和埃米利奥·哈拉（EmilioSatoshiHara）发现这种材料可在很短时间内发生矿化行为，仅需要两天即可形成矿化结构，而其他骨骼促进因子则需至少两到三周甚至一个多月。

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（来源：AdvancedMaterials）
此时，曹丹凤的导师艾德文·加戈（EdwinJager）正好来到日本冈山大学访问，当他得知该材料的优异特性时，想着能否将这一优异性与他之前所做的聚吡咯驱动器相结合，利用聚吡咯的导电性和驱动性去扩展材料应用领域。
于是加戈与哈拉开始合作这一项目。这时，曹丹凤申请了加戈的博士生，自此开始接手。
该技术由基础藻酸盐水凝胶组成。一方面，她和团队制备了一种电活性聚合物，当施加低电压时，它会改变其体积，导致凝胶向特定方向弯曲。在凝胶的另一侧，将参与骨骼发育的细胞中的生物分子贴在上面。当生物分子在体内遇到正确的环境时，它们将开始矿化并变硬，从而形成一个支架，允许额外的骨骼生长。
回顾研究过程，曹丹凤表示最初她用普通水凝胶吸附一定量的吡咯单体，通过原位聚合来制备聚吡咯驱动器。
由于聚吡咯的特殊驱动能力，让驱动器能在施加弱电压时产生体积改变，从而促使微型机器人向一个方向弯曲以实现驱动目的。

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（来源：AdvancedMaterials）
但是曹丹凤后来发现，在水凝胶浅表面形成的一层聚吡咯层，会在之后变得非常脆，这样的力学强度根本无法进行后续实验。
后来，她在一篇文献上偶然看见有学者采用海藻酸钠凝胶，将吡咯单体采用电化学合成的方法，穿透海藻酸钠凝胶层并可以形成良好结合的能力，并能独立于工作电极的柔性驱动器。