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  在人體中，骨骼肌（Muscle）附著在骨骼上，骨骼肌由成百上千的捆綁在一起的肌纖維組成，肌纖維（Muscle bundle）沿縱向呈條紋結構，肌纖維的收縮單位是由肌絲組成的肌原纖維，肌絲包括肌球蛋白和肌動蛋白絲，肌原纖維的基本滑動單位稱為肌小節（Sarcomere）。當與Z線相連的細絲在鈣離子刺激下肌球蛋白和肌動蛋白發生相互作用產生移動，肌節收縮（圖1）。使用聚合物材料來模仿肌絲的條紋結構及肌小節的伸縮過程受到廣泛關注，而構筑與肌纖維結構相媲美的人工肌肉仍具有很大挑戰。

圖1骨骼肌的橫紋肌結構和三嵌段氫鍵復合物組裝的層狀結構。

  近期，東華大學先進低維材料中心楊曙光教授團隊有效借助嵌段共聚物的微相分離和中間鏈段的氫鍵復合作用構筑人工肌肉驅動器（Lamellar structure）。使用兩種三嵌段聚合物“聚苯乙烯-b-聚丙烯酸-b-聚苯乙烯（SAS）和聚苯乙烯-b-聚環氧乙烷-b-聚苯乙烯（SES）”組裝形成了剛性層S和氫鍵復合層A/E交替的層狀結構（Layer structure），其中聚苯乙烯形成的剛性層S模仿肌小節Z線，氫鍵復合層A/E模仿肌小節肌球蛋白和肌動蛋白的運動，利用氫離子濃度模仿鈣離子濃度作為伸縮刺激條件（圖1）。SAS/SES 驅動器可根據環境 pH 值的變化驅動做功（圖2a）：pH升高時氫鍵解離，驅動器伸長；pH降低時氫鍵復合，驅動器收縮（圖2b）。該驅動器表現出穩定的驅動性能（圖2c）。此外，驅動器呈現出一種“捕獲狀態”（catch state），具有軟體動物肌肉的特性（圖2d）；該驅動器的收縮率和工作密度分別為 50% 和 90 kJ m^-3，均高于骨骼肌纖維（圖3），該研究為開發具有出色性能的人造聚合物驅動器提供了一種仿生方法。該工作以“Skeletal Muscle Fibers Inspired Polymeric Actuator by Assembly of Triblock Polymers”為題發表在《Advanced Science》上（Adv. Sci. 2022, 2105764），文章第一作者是東華大學博士生王偉杰，該研究得到國家自然科學基金委和上海市科學技術委員會的支持。

圖2 驅動器做功原理及穩定性

圖3 驅動器做功表現

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/advs.202105764