可以自己「消失」的材料

2017.08.18 09:44AM
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草根影響力新視野 編譯 鍾藝

來源 https://www.livescience.com

Self-Destructing Materials Could Create Vanishing Ink

MET

圖片來源:Technical University of Munich

10,9,8,7,6 … … … … 物體消失。科學家創造了一種可以在特定時間內自我分解的新材料。該項新材料為材料「自毀性」發展鋪平道路,具體的應用場景可以是藥物輸送、手術移植錨和書寫墨水等。

德國慕尼黑技術大學化學家兼研究合作者Job Boekhoven解釋說:「這項新材料的原理可以簡單理解為其中的組成部分不想成為這樣的材料,他們希望保有原來的分子或者原子結構。寧願分崩離析,也不願集結在一起成為實際可見的材料。」

通常來說,當人們用完某件物品時就會將其丟棄,然後這些垃圾會進入填埋場等待非常緩慢地分解,或者被燃燒成灰。之後,在通過處理,使其重新具有利用價值,重回人們生活。這一系列的操作實則是一個很浪費資源能效的過程。

對於生命體來說,它們不會像人類處理垃圾一樣來處理暫時沒有利用價值的東西,因為構成生物體的化學鍵與人造物品不一樣。大多數人造物品是使用稱為共價鍵的一種分子結構產生的,其中原子共享電子。這樣形成的物體,其分子結構「難割難捨」,相互牽扯的力量很強大。例如從石油產品中提取加工的塑料聚合物,它們形成了連細菌都無法攻破的堅韌碳鍵,這就是為什麼塑料不會生物降解的原因。

但是對於生命體來說,形成物體的分子之間的連接更依賴相對來說容易被分解的弱相互作用。例如,生命體中常見的氫鍵,其穩固性比原子共享電子的共價鍵弱10倍。除此以外,生命體易於被分解的原因還有:生命體分子結構需要不斷湧入的能量來穩固。如果沒有能量的支持(比如食物),這些分子將最終自己解離並返回到單個分子的狀態。當然,生命體也可以用一點點能量輕鬆地快速重新組裝更複雜的結構,也就是說基於生命的分子是可以自我修復的。

在此項可「消失」材料的研究中,Boekhoven和同事們從生命體中獲得借鑒。為研究人員創造了幾種不同類型的材料,這些材料需要能量的輸入來保持現有結構,科學家們稱之為超分子。

Boekhoven說,其中一種材料是簡單膠體,其每個組成結構的直徑為人頭髮直徑的1%。隨著能量的吸收和弱減,單個組成結構會按照一定的順序和特定的時間進行組裝和拆卸。這樣的材料可以被用來製作藥物,例如,某些藥物需要繞過胃酸來達到治療效果,所以如果藥物只有在進入腸道後才能分解,就能保證藥效。另一種材料是蓬鬆的結晶材料,性狀透明,當有能量供給時它們會變為不透明狀。隨著能量用完,性狀再次變為透明。研究人員設想這種材料可以被用做可擦除墨水的生產。

除了上述詳細介紹的材料,還有很多能夠幫助到醫療發展,日用品污染降低的材料,只不過目前這些材料還沒能投入實際使用,但我們可以期待有一天它們能切實服務到我們生活的方方面面。

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