PNAS | 研究揭示受植物和真菌启发的合成生长！

生物界的各种生物和细胞，如植物根部、真菌菌丝和花粉管，利用一种特殊的生长方法，即所谓的顶端生长，作为一种策略来导航并与环境互动。顶端生长的特点是在身体的生长末端各向异性地增加新材料，只有顶端相对于环境运动。这种局部生长大大减少了周围环境带来的阻力，并允许对环境条件作出灵活的反应。因此，顶端生长的生物体能够随着时间的推移产生大型复杂的结构，穿越受限的环境，如土壤或生物组织，并根据环境刺激，如光、化学梯度或机械阻抗来导航。

2022年8月9日，国际权威学术期刊PNAS发表了美国明尼苏达大学Christopher Ellison和Timothy Kowalewski团队的最新相关研究成果，题为Synthetic growth by self-lubricated photopolymerization and extrusion inspired by plants and fungi的研究论文。

顶端生长是一个示范性的过程，通过这个过程，材料的合成和驱动被耦合起来，为如何在合成系统中实现生长提供了一个蓝图。在这篇文章中，科研人员确定了对基于顶端的生物体生长至关重要的三个基本原则：流体压力驱动力、生成结构的局部聚合以及流体介导的组成材料的运输。在这项工作中，这些进化的特征激发了一种合成材料的生长过程，称为自润滑界面光聚合（E-SLIP）的挤压，它可以从液体前体连续制造出具有可调控机械性能的固体异型聚合物部件。为了证明E-SLIP的实用性，科研人员创造了一个顶端生长的软体机器人，概述了它的基本管理原则，并强调了它在速度达到12厘米/分钟和长度达到1.5米时的生长能力。这个生长的软体机器人能够执行一系列的任务，包括探索、钻探和穿越曲折的路径，这突出了合成生长作为在各种环境中按需制造基础设施、探索和感知的平台的潜力。

图1. 受生物顶端生长原理启发的合成生长方法

图2. 通过自润滑界面光聚合（E-SLIP）进行挤压

图3. 一个通过E-SLIP在顶端生长的软体机器人

图4. 软体机器人在受限环境和曲折路径中的成长

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