【原】兰州化物所周峰Nature子刊：仿生鲶鱼皮肤即时肌肉硬化机制的水凝胶

通讯作者：麻拴红；周峰

通讯单位：中国科学院兰州化学物理研究所

在自然界中，生物体进化出具有机械适应性兼容性的独特功能部件，以适应界面摩擦/润滑的动态变化。该机构可用于开发智能人工润滑调节系统。

受长吻鲶鱼肌肉硬化触发润滑的启发，中国科学院兰州化学物理研究所周峰研究员和麻拴红提出了一种基于模量切换的界面摩擦力控制策略，报告了一种模量自适应润滑水凝胶原型(MALH)，包括顶部黏液样亲水润滑层和底部肌肉样水凝胶，可以通过热触发相分离而变硬。

图1.设计MALH的概念。

相关工作以“Modulus adaptive lubricating prototype inspired by instant muscle hardening mechanism of catfish skin”为题发表在Nature Communications上。

图2. MALH的制备及模量转换机理。

图3.随温度变化可切换的MALH机械状态。

要点1. 该层状热触发智能润滑材料——模量自适应润滑水凝胶(MALH)由顶部亲水润滑层(模拟鱼表面光滑的粘液)和底部热硬化相分离水凝胶层(模拟鱼肌肉的硬化效应)组成。底部相分离层可实现弹性模量从软态(~0.3 MPa, 20°C)到刚性态(~120 MPa, 80°C)的量级变化(~400倍)，与肌肉收缩或拉伸前后的变化相似，使材料可实现可切换的润滑行为。

要点2. 加热后，在水中呈现从软/高摩擦状态(~0.3 MPa， μ~0.37)到硬/润滑状态(~120 MPa， μ~0.027)的瞬间切换。这种可切换润滑对大范围的正常负载是有效的，归因于模块化主导的自适应接触机制。

要点3. 研究人员设计了热触发可切换润滑子弹，以证明其潜在的应用。最后，利用MALH技术成功制备了一种智能润滑贴片，即模量自适应切换润滑装置(MASLD)。MASLD可以装配在移动设备上，以控制其在潮湿环境下的运动。

结果表明，将自适应模量开关与界面润滑耦合在一起可以有效地提高界面摩擦控制能力，为MALH在软机器人和智能润滑系统中的应用提供了广阔的前景。

图4. MALH的响应性润滑行为。

图5. MALH作为智能子弹的演示

图6. MASLD的附着力、润滑性能和演示。

链接：

https:///10.1038/s41467-022-28038-9

周峰，1976年生，1997年山东师范大学化学系获得学士学位，2000年山东师范大学化学系获得硕士学位，2004年中科院兰州化学物理研究所获得博士学位，师从刘维民院士。2005年4月—2008年3月英国剑桥大学化学系做研究助理；2008年3月—2013年04月任中科院兰州化学物理研究所人才计划研究员。2013年以后中科院兰州化学物理研究所研究员。2011年起任中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室副主任，2018年10月起任中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室主任，2018年5月起任中科院兰州化学物理研究所副所长，中国青年科技工作者协会理事，中国化学会会员、理事，中国化学会青年工作者委员会副主任委员，中国机械工程学会摩擦学分会副主任委员、润滑材料与摩擦化学专业委员会主任委员，甘肃省化学会副理事长。

主要从事软物质界面与材料、海洋防污、减阻降噪和生物润滑的研究。研究工作在Science Adv.、Nat.Comm.、Acc. Chem. Res.、JACS、Adv. Mater.等共发表SCI论文300多篇，共被引用14000多次，h因子66。发表英文章节2篇，合作编著《纳米润滑材料与技术》（周峰，王晓波，刘维民，科学出版社），编著《Antifouling Surfaces and Materials：from Land to Marine Environment》(Springer)。获得授权中国发明专利18件，受邀国际国内主题报告20多次。《摩擦学学报》、《化学通报》、《润滑与密封》、《J.Fiber Bioeng. Inform.》、《Trib. Inter.》杂志编委。

2004年中科院院长优秀奖；2005年甘肃省科技进步一等奖(排名第六)；2009年第七届甘肃省青年科技奖；2009年中国机械工程学会摩擦学分会摩擦学青年学者奖；2011年度中国化学会“青年化学奖”；2011年获国家杰出青年基金；2012年入选中组部相关国家人才项目“青年拔尖人才”；2012年度第十六届甘肃省“青年五四”奖章；2013年国际仿生工程学会“杰出青年奖”；2013年中科院人才计划结题优秀；2014年获得甘肃省自然科学一等奖（排名第一）；2015年国家自然科学二等奖（排名第一）; 2015年入选甘肃省领军人才；2016年获得第十四届“中国青年科技奖”；2016年首届“中国优秀青年科技人才奖”；2016年英国皇家工程学会杰出访问学者“Distinguished visiting fellowship”；2017年入选科技部中青年科技创新领军人才和中组部第三批相关国家人才项目科技创新领军人才；2017年中国科学院第十二届杰出青年；2017年亚太材料科学院副院士；2017年何梁何利科学与技术青年创新奖。

麻拴红，甘肃泾川人，副研究员三级，硕士研究生导师，中国机械工程学会高级会员，甘肃省杰出青年基金获得者。2016年6月从中国科学院兰州化学物理研究所获博士学位，师从周峰研究员和兰州大学梁永民教授，同年留固体润滑国家重点实验室工作。目前从事表面润滑改性、高性能水润滑材料制备及其性能调控相关的应用基础研究工作，以及生物润滑剂和医疗器械用关键涂层技术相关的产品研发工作。以第一作者和通讯作者在Matter., Nat. Commun., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Chem. Mater., Small, Friction,摩擦学学报等期刊上发表论文40余篇，引用1800余次；获得授权专利12件；参与撰写多个专著章节。2017年入选中国科协“青年人才托举工程”计划；2018年入选科技部重点领域（机械摩擦表面/界面+高端装备用润滑材料）创新团队成员；2019成为中国科学院青年创新促进会会员。现任《Chinese Chemical Letters》期刊青年编委，国际仿生工程学会青年委员。