在人体中，骨骼肌（Muscle）附着在骨骼上，骨骼肌由成百上千的捆绑在一起的肌纤维组成，肌纤维（Muscle bundle）沿纵向呈条纹结构，肌纤维的收缩单位是由肌丝组成的肌原纤维，肌丝包括肌球蛋白和肌动蛋白丝，肌原纤维的基本滑动单位称为肌小节（Sarcomere）。当与Z线相连的细丝在钙离子刺激下肌球蛋白和肌动蛋白发生相互作用产生移动，肌节收缩（图1）。使用聚合物材料来模仿肌丝的条纹结构及肌小节的伸缩过程受到广泛关注，而构筑与肌纤维结构相媲美的人工肌肉仍具有很大挑战。

图1骨骼肌的横纹肌结构和三嵌段氢键复合物组装的层状结构。

  近期，东华大学先进低维材料中心杨曙光教授团队有效借助嵌段共聚物的微相分离和中间链段的氢键复合作用构筑人工肌肉驱动器（Lamellar structure）。使用两种三嵌段聚合物“聚苯乙烯-b-聚丙烯酸-b-聚苯乙烯（SAS）和聚苯乙烯-b-聚环氧乙烷-b-聚苯乙烯（SES）”组装形成了刚性层S和氢键复合层A/E交替的层状结构（Layer structure），其中聚苯乙烯形成的刚性层S模仿肌小节Z线，氢键复合层A/E模仿肌小节肌球蛋白和肌动蛋白的运动，利用氢离子浓度模仿钙离子浓度作为伸缩刺激条件（图1）。SAS/SES 驱动器可根据环境 pH 值的变化驱动做功（图2a）：pH升高时氢键解离，驱动器伸长；pH降低时氢键复合，驱动器收缩（图2b）。该驱动器表现出稳定的驱动性能（图2c）。此外，驱动器呈现出一种“捕获状态”（catch state），具有软体动物肌肉的特性（图2d）；该驱动器的收缩率和工作密度分别为 50% 和 90 kJ m^-3，均高于骨骼肌纤维（图3），该研究为开发具有出色性能的人造聚合物驱动器提供了一种仿生方法。该工作以“Skeletal Muscle Fibers Inspired Polymeric Actuator by Assembly of Triblock Polymers”为题发表在《Advanced Science》上（Adv. Sci. 2022, 2105764），文章第一作者是东华大学博士生王伟杰，该研究得到国家自然科学基金委和上海市科学技术委员会的支持。

图2 驱动器做功原理及稳定性

图3 驱动器做功表现

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/advs.202105764