什么是水凝胶以及它的用途?

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北海道大学的研究人员发现了一种柔软而湿润的材料,可以像人的大脑一样记忆,检索和忘记信息。他们在《美国国家科学院院刊》(PNAS)中报告了他们的发现。

在人类大脑学习的东西,但往往忘记他们当信息不再重要。在人造材料中重新创建这种动态存储过程一直是一个挑战。北海道大学的研究人员现在报告了一种模仿大脑动态记忆功能的水凝胶:对信息的编码随时间而变,视记忆强度而定。

水凝胶是由大量水(在这种情况下约为45%)以及其他化学物质组成的柔性材料,其他化学物质提供了类似支架的结构来容纳水。北海道大学化学反应设计与发现研究所(WPI-ICReDD)的龚建平教授,崔坤鹏助理教授及其学生和同事正在寻求开发具有生物学功能的水凝胶。

龚说:“水凝胶是模仿生物学功能的极佳候选者,因为它们像人体组织一样柔软而湿润。” “我们很高兴证明水凝胶如何模拟脑组织的某些记忆功能。”

在这项研究中,研究人员在两个塑料板之间放置了一块薄的水凝胶。顶板的形状或字母被切掉,只留下水凝胶的那部分露出来。例如,样式包括飞机和单词“ GEL”。他们最初将凝胶放在冷水浴中以建立平衡。然后他们将凝胶移至热水浴中。凝胶将水吸收到其结构中引起膨胀,但仅在暴露区域膨胀。这将图案像一条信息一样印在凝胶上。当凝胶移回到冷水浴中时,由于它们所谓的“结构挫折”,暴露的区域变得不透明,使存储的信息可见。在低温下,水凝胶逐渐收缩,释放出已吸收的水。图案逐渐消失。凝胶在热水中停留的时间越长,印记就会越深或越深,因此褪色或“忘记”信息所花费的时间就越长。研究小组还显示,温度升高加剧了人们的记忆。

崔说:“这类似于人类。” “学习时间越长,或者情绪刺激越强烈,忘记它所花费的时间就越长。”

研究小组表明,在水凝胶中建立的记忆对于温度波动和较大的物理拉伸是稳定的。更有趣的是,可以通过调整热学习时间或温度来对遗忘过程进行编程。例如,当他们对“ GEL”的每个字母应用不同的学习时间时,这些字母依次消失。

该团队使用了一种含有称为多两性电解质或PA凝胶的材料的水凝胶。基于快速吸水和缓慢放水来实现忘记记忆的行为,这是通过水凝胶中的动态键实现的。龚说:“这种方法应该适用于各种具有物理键的水凝胶。”

“该水凝胶的大脑般的记忆系统可以探索一些应用,如消失的消息以保证安全,”崔补充道。

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