模拟生命非生命材料的突破

Eelkema实验室的研究人员发现了一种使用燃料来控制非生命物质的新工艺，类似于活细胞的作用。反应循环可以很容易地应用于各种材料，并且可以控制其速率——这是此类反应新兴领域的一个突破。这一发现是迈向软机器人技术的一步;可以感知环境中发生的事情并做出相应反应的软机器。化学家上个月在NatureCommunications上发表了他们的发现。

化学家RienkEelkema和他的团队试图模仿自然，特别是活细胞中的化学反应，这些化学反应提供燃料来控制细胞。Eelkema解释说，以同样方式驱动非生命材料的反应工具箱是有限的。“到目前为止，研究人员广泛使用的反应只有大约五种。这些反应有两个主要缺点：它们的速率难以控制，而且它们只对一组特定的分子起作用。”该出版物的主要作者Eelkema和博士生BenjaminKlemm发现了一种新型反应，其速率可以得到有效控制，并且适用于多种材料。

膨胀凝胶

“反应循环的本质是，它可以通过向其中添加化学燃料在不带电粒子和带电粒子之间切换，”Eelkema解释说。“这使我们能够对材料进行充电，从而修改这些材料的结构，因为相等的电荷相互排斥，而不同的电荷相互吸引。燃料的类型和数量决定了反应速率，因此决定了一次充电的时间，从而决定了一个给定的结构存在。”例如，研究人员利用他们的反应循环给水凝胶充电，之后电荷相互排斥，凝胶开始膨胀。

软体机器人

化学反应的循环可用于构建软机器人：物理上柔软的小型设备，如我们的皮肤和组织，并且可以执行特定功能。“软机器人确实已经存在，例如通过磁场或电场从外部控制的微粒。但最终你希望机器人能够控制自己：自己看到它在哪里以及正在发生什么，然后做出相应的反应，”Eelkema说。“你可以提前将我们的循环编程为一个粒子，然后让它不理会，它一旦遇到信号就会独立执行它的功能。”

Eelkema的下一步是通过向其添加信号处理将过程与环境联系起来：“例如，聚合物颗粒可能包含这样一个循环的某些成分。当它遇到反应的最后部分时，循环完成，服务于例如，作为分解或膨胀的信号。”

生命的定义

人类或其他生物的细胞需要能量来执行各种功能：移动、感知某事正在发生或分裂。“这也是我们人类需要进食的原因，”Eelkema解释说。“能量与功能的联系是通过化学反应发生的，这就是生物的定义。它使细胞能够在局部和有限的时间内控制结构形成的时间和地点或过程发生的时间。”

相比之下，非生命材料可以永远存在并且在没有能量供应的情况下发挥作用。直到十年前，还没有可以使用化学燃料来驱动非生物材料相互作用的过程。Eelkema：“我们在代尔夫特和其他几个地方介绍了这一点，从那时起，这个领域就爆发了。”

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