南开教授研获纯蚕丝人工肌肉；该材质所制作衣服能根据气温、湿度变长变短
“未来用于肌肉萎缩病人，代替肌肉移植”
■ 对话人物
南开大学刘遵峰教授。
近日，南开大学药物化学生物学国家重点实验室刘遵峰教授团队，研获纯蚕丝人工肌肉，未来这种纯蚕丝人工肌肉可应用于肌肉萎缩、皮肤移植患者身上。此项成果公布后，随即引发关注。
人工肌肉模拟的是人类、动物的肌肉
新京报：什么是人工肌肉？
刘遵峰：人工肌肉是一种新型的材料，这种材料模拟的是人类、动物的肌肉，能够进行一定的运动。通过外界给人工肌肉一定的刺激，比如电、光、环境、温度变化，就能够使其发生伸长收缩、弯曲等运动。
新京报：人工肌肉的材质是什么？
刘遵峰：目前人工肌肉主要是由高分子材料和无机材料组成。高分子是一个大类，其包括的材料有很多，比如说形状记忆高分子，有一些记忆的高分子能把形状记忆住，从而使材料在外界刺激下恢复原来的形状。如果这些形状能够反复运动和使用，那么它就是一个很好的人工肌肉制作材料。
另一种主要材料是无机材料，比如形状记忆金属就可以用来制作人工肌肉，尤其是镍钛合金，这是一种很常见的人工肌肉制作材料。还有碳材料，它也是一种无机材料，像碳纳米管、纤维这些都可以做人工肌肉。
纯蚕丝人工肌肉主要用于智能织物上
新京报：纯蚕丝人工肌肉与普通人工肌肉有什么区别？
刘遵峰：此前，人工肌肉主要是应用到纳米碳材料、高分子材料(如鱼线)这些体系里，但这些材料都不适合穿着，或者很难对人体温度或湿度进行响应。纯蚕丝人工肌肉最大的不同就在于应用了蚕丝，可以直接对人体变化进行响应，未来我们也可以将这一材料直接应用到人体上。
中国的蚕丝有好几千年的历史，如今在世界上是一种非常重要的衣料。如果我们将普通的衣料做成智能的，它的价值就会大大增加。未来，这种新型智能衣料将会取代普通衣料，能根据外部环境实现运动和形状变化，包括收缩、伸长、旋转。
新京报：纯蚕丝人工肌肉可以应用于哪些领域？
刘遵峰：人工肌肉应用在机器人上会非常笨重，纯蚕丝人工肌肉的应用能使机器人质量更轻，更灵活，可以进行即时反应。纯蚕丝人工肌肉最主要应用于人体可穿着的智能织物上。我们在实验室用其材料制作的衣服，天热时人体出汗就会有湿气，这种衣料感受到水分后，衣服袖子会自动缩短，天冷能变成长袖。
新京报：什么时候可以投入市场？
刘遵峰：这个技术目前还是一个实验室技术，如何让纯蚕丝人工肌肉成为生产面料、衣料，这些具体的问题可能还需要和更专业的纺织企业合作完成。不过目前我们已经突破了最核心的技术，但还有一段路要走。
将来应用于肌肉萎缩等病人身上
新京报：纯蚕丝人工肌肉还有哪些拓展研究？
刘遵峰：我们的目标是将纯蚕丝人工肌肉技术继续进行拓展研究，将来应用于肌肉萎缩等病人身上，以其代替肌肉移植，并适应人体的环境，能够发生适当的收缩等运动，且产生一定的力，以达到人类肌肉的功能。“这一成果的应用，将会成为医学领域的一项重大突破。”
除此之外，纯蚕丝人工肌肉还可应用于航空航天、微型机器人、传感器、精密控制等多个领域。
新京报：耗时多久研发出纯蚕丝人工肌肉？
刘遵峰：这个课题我们从2016年6月开始进行，2018年12月基本完成，一共耗时两年半。我们是南开大学药物化学生物学国家重点实验室，这是一个交叉学科的平台，而我的教育背景是化学和材料，因此我们重点实验室就有很强的生物和医学背景，所以说接触了很多生物方面的相关材料和知识领域。
人工肌肉其中有一种很重要的是纤维人工肌肉，通过将这种纤维进行加捻，利用其膨胀可以产生运动。之前的人工肌肉很少使用天然材料，而我们在研究中发现，蚕丝和天然纤维都有很好的体积膨胀的效果。这种蚕丝的体积膨胀比较特殊，很好的一点就是它收缩速度特别快，蛋白质结构和晶体结构的变化都很特殊。基于这一发现，我们把蚕丝通过加捻技术做成一种纯蚕丝人工肌肉。
不想引入任何化学手段用于智能材料
新京报：研究期间都遇到过哪些困难？
刘遵峰：遇到的第一个难题就是我们不想引入任何化学手段。如果想把材料变成智能材料有很多种手段，添加一些添加剂、采用化学反应等，但化学物质对人体有伤害，我们研发初期一直在尝试怎么通过物理方式达到同样的效果。
另一个难点，主要是考虑如何让纯蚕丝人工肌肉的制作过程符合工业化流程。目前市场上蚕丝材料的加工和处理方式只是让材料结实、舒适、寿命长，并没有伸缩效果。我们实验室就开始研发如何制作出能伸缩的纯蚕丝人工肌肉，并使其变成工业化的标准，这期间做了大量详细的、工艺上的研发。
还有一个技术上的问题，使用加捻技术过程中，松开捻力之后能不能还有力。举个例子，我们给一根线加捻，但是捻完一松它就会松开，无法达到预期的伸缩效果。因此，在实验和研发过程中，我们通过热处理的方式将其固定住，攻克了这一难题。
新京报：实验室在研发和未来发展方面还有哪些计划？
刘遵峰：我们接下来的研究方向一个是继续开发新型材料，蚕丝只是我们的一个小小尝试，未来我们还会开发更多的新型材料；第二个是如何把新型材料应用到新型领域。另外，我们这段时间打算和一些企业和研究所进行合作，将纯蚕丝人工肌肉进行大规模投入市场的尝试。
先进制造领域是目前我们国家非常重视的科研和产业领域，这一领域必须通过多学科交叉才能完成，仅仅靠一个领域突破还远远不够。学科交叉共荣是一种趋势，目前我们和天津医科大学、中国药科大学都在进行合作，在医学药学等领域进行合作，互相发挥优势用途。
■ 话题焦点
据刘遵峰介绍，与普通人工肌肉相比，纯蚕丝人工肌肉最大的特点在于其应用了蚕丝，由于蚕丝具有很好的生物相容性，可以用到人体中。若使用这种材质制作衣服，其可通过感知环境温度、湿度实现自动伸缩，变长变短。
如果真正的纯蚕丝人工肌肉能够开发出来，应用到人体机器人、智能装备以及智能服装上，那么装备的整体质量就会变得非常轻巧。
专家观点
“真正植入人体，还有一些路要走”
南开大学药学院院长杨诚告诉新京报记者，纯蚕丝人工肌肉克服了人工肌肉原来使用高分子材料不适合穿戴，对体温、湿度不敏感的缺点。杨诚说，人工肌肉的相关研究在行业内一直是一个热门话题，未来前景十分广阔。
清华大学化学系副教授吉岩介绍，人工肌肉领域的研究目前正处于从研究转向应用的阶段。“目前，领域内专家对人工肌肉的研究主要分为两个方向，一是研究旧材料的性能如何提高、应用方向、如何投入应用，另一块是对可应用于人工肌肉的新材料进行探索和研究。”
吉岩表示，如今，人工肌肉研究的材料种类越来越多，刘遵峰教授研发的纯蚕丝人工肌肉是一个全新的材料应用。“目前人工肌肉很多材料都是通过医疗合成、化学合成方法得到的，而蚕丝与人体的相容性非常好，如果能作为一种植入人体的材料使用，在安全、环保等方面更有优势。”
“纯蚕丝人工肌肉将来能不能真正植入人体，成为人体的一部分，这一点目前还有一些路要走。”吉岩说道。
新京报记者 刘名洋 实习生 王佳珺
