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类肌肉响应聚电解质凝胶的分子模型
结题报告
批准号:
21973103
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
廖琦
学科分类:
高分子物理与高分子物理化学
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
廖琦
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中文摘要
肌肉是生物系统中最重要的化学能-机械能转换材料。人造肌肉的候选者中,可以分为机械性,半机械性和生物性材料,而其中只有生物性的大分子人造肌肉材料,才能克服前两种类型的人造器官移植后让患者产生的排斥反应。生物性的大分子人造生物材料中,最接近实用的是基于生物聚电解质的高分子凝胶体系。本申请拟通过目前已经掌握的生物大分子凝胶体系的模型和理论,系统地研究三种大分子凝胶体系所对应的两类刺激响应机理,为类肌肉响应聚电解质凝胶的实际应用,提供分子层次上的理论预测。这三类大分子凝胶体系模型包括中性可相分离的凝胶体系,单一荷电的聚电解质凝胶体系,以及阴阳聚电解质复合形成的凝胶体系。申请中首次提出采用表面接枝方式构建类生物肌肉中的大分子滑移机理, 并与传统的大分子尺寸收缩机理进行理论对照和模拟研究,为人工肌肉材料的分子演化提供理论基础。
英文摘要
Muscle is the most important chemical-mechanical energy conversion material in biological systems. The candidates for artificial muscle may be divided into mechanical, semi-mechanical and biological materials, of which only the last one overcomes allograft rejection of artificial organ after transplantation. Polyelectrolyte gels is the closest practically application among the biological artificial materials,. This proposal is intended to systematically study the two types of stimulation response mechanisms corresponding to three macromolecular gel systems based on the models and theories of biomolecular gel systems that have been developed in the past decades. We try to provide theoretical prediction at the molecular level for the important materials. Three types of macromolecular gel system models include the neutral gel system with phase separation segments, the polyelectrolyte gel system, and oppositely charged polyelectrolyte coacervate gel system. The two energy conversion mechanisms studied in the application mainly includes the shrinkage mechanism of the traditional external stimulation - force response, such as response of temperature - Mechanical force, voltage - mechanical force, as well as biological muscle in the chemical energy - mechanical Force slip mechanism. By a comparative study of three material models, we look forward to understanding how the mechanical response has changed in mechanism after the introduction of charged groups, and why the molecular slip mechanism has been adapted in biological systems, rather than the molecular shrinkage mechanism caused by changes in the external environment in man-made materials.
期刊论文列表
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专利列表
How a Chain Can Be Extended While Its Bonds Are Compressed
链如何在键被压缩的情况下延伸
DOI:10.1021/acsmacrolett.3c00097
发表时间:2023
期刊:ACS Macro Letters
影响因子:7.015
作者:Sapir, Liel;Brock, James;Chen, Danyang;Liao, Qi;Panyukov, Sergey;Rubinstein, Michael
通讯作者:Rubinstein, Michael
Relaxation Time Spectrum and Dynamics of Stretched Polymer Chain in Dilute θ Solution: Implicit Solvent Model versus Explicit Solvent Model
稀溶液中拉伸聚合物链的弛豫时间谱和动力学:隐式溶剂模型与显式溶剂模型
DOI:10.1002/mats.201900064
发表时间:2020-05
期刊:Macromolar Theory and Simulation
影响因子:--
作者:Ning Yao;Jiangtao Li;Fang Gu;Haijun Wang;Qi Liao
通讯作者:Qi Liao
DOI:https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.1c00259
发表时间:2021
期刊:ACS macro letters
影响因子:--
作者:Jiangtao Li;Fang Gu;Ning Yao;Haijun Wang;Qi Liao
通讯作者:Qi Liao
DOI:https://doi.org/10.1016/j.polymer.2023.126519
发表时间:2023
期刊:Polymer
影响因子:--
作者:Xin Liu;Xuhong Guo;Qi Liao
通讯作者:Qi Liao
超润滑性:聚电解质的动力学与宏观力学性质研究
  • 批准号:
    21574139
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    廖琦
  • 依托单位:
面向高分子体系的新一代多尺度粗粒化模型与应用
  • 批准号:
    21274157
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    廖琦
  • 依托单位:
超微环境中生物大分子受迫输运动力学
  • 批准号:
    20974115
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    34.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    廖琦
  • 依托单位:
聚电解质溶液动力学的多尺度模拟
  • 批准号:
    20674091
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    29.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    廖琦
  • 依托单位:
荷电表面上聚电解质的构象特征:标度理论预测,分子模拟到实验验证
  • 批准号:
    20474075
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    廖琦
  • 依托单位:
低维强受限高分子体系的稳定性与动力学示踪
  • 批准号:
    20004011
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    16.5万元
  • 批准年份:
    2000
  • 负责人:
    廖琦
  • 依托单位:
国内基金
海外基金