通過(guò)能量控制分子材料生命周期，開(kāi)發(fā)定時(shí)可擦除墨水

基于生命分子結構上的自我修復，將讓生活更加環(huán)保。

近日，德國慕尼黑技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家研究團隊從生活中的可降解分子材料得到靈感，研制出了一種不需要回收的分子材料，并且他們可以通過(guò)控制能量的輸入來(lái)控制分子的降解時(shí)間，讓其在預設好的時(shí)間自動(dòng)消失。

據了解，影響這種分子材料性能的兩個(gè)關(guān)鍵因素是結構和能量。

結構|化學(xué)鍵

在生活中，人們將廢舊物丟入垃圾填埋場(chǎng)，通?，F在的處理方式是將其燃燒成灰，或者將其分類(lèi)回收，但這些方法都浪費了大量的材料和能量。對此，研究人員Job Boekhoven說(shuō)道：“自然中的物質(zhì)降解后的分子結構是不會(huì )憑空消失的，主要原因在于不同的化學(xué)鍵。”

如大多數人造材料通過(guò)一種共價(jià)鍵來(lái)創(chuàng )造特殊的分子結構，這種分子結構中的原子可以共享電子，它們形成了細菌無(wú)法破碎的堅韌的碳鍵，這也就是塑料不會(huì )生物降解的原因。

在自然界中，分子降解后會(huì )根據環(huán)境自己隨意重新組合，進(jìn)一步從微觀(guān)來(lái)看，主要影響因素就是離子、范德華力或氫鍵之類(lèi)的弱分子相互作用。

所以從微觀(guān)考慮，在分子結構的選擇上，研究人員嘗試選擇了由小珠制成的簡(jiǎn)單膠體。其中，每一個(gè)小珠的直徑大約為人頭發(fā)直徑的1%。隨著(zhù)能量的持續輸入，這些微型珠子就會(huì )像一串珍珠排列在一起，因此研究人員可以在特定的時(shí)間下，通過(guò)控制能量的供給，按照一定的順序對其進(jìn)行拆卸和組裝。

Boekhoven表示，這些材料可以被用來(lái)運送藥物。如某些藥物需要避免與胃酸接觸，所以就可以用這種材料來(lái)包裹藥物，操控它們，設定其進(jìn)入腸道后分解，這樣就能保護藥物到達所需的位置。

能量|活著(zhù)

影響剛剛消失分子去向的另一個(gè)關(guān)鍵因素：能量。因為分子結構的生命使用總是“不平衡”，所以需要不斷涌入的能量來(lái)保持分子的功能，沒(méi)有額外的能量，這些分子將最終自己解離并返回到更簡(jiǎn)單的狀態(tài)。

對此，Boekhoven解釋說(shuō)：“生物的細胞就需要不斷補給的能量和營(yíng)養來(lái)維持活著(zhù)的狀態(tài)，否則，細胞最終會(huì )裂解成簡(jiǎn)單的構建塊。”

如果這些物質(zhì)可以自我組裝和降解，并且它們需要能量輸入才能存在，那么它們在某種意義上是“活著(zhù)”的。

因此，研究人員就希望在微少的能量供給情況下，快速重新組裝更復雜的結構。這一操作本質(zhì)上可以看做是基于生命分子結構上的一種自我修復。

應用前景

研究人員測試了一種蓬松的結晶材料，通常是透明的，當對該材料進(jìn)行加熱（即提供能量）時(shí)，該材料的表面就變得不透明。隨著(zhù)熱能消失，變黑的材料又會(huì )再次變得透明。

所以研究人員預計這種材料可以被用作完全可擦除的墨水。Boekhoven說(shuō)：“你可以預先設定好墨水的生命周期，這樣可以大大減少普通紙張在紙幣、票據和收據等方面的使用，以此來(lái)減少不可反復使用帶來(lái)的浪費。”

此外，研究人員還測試了另一種材料，它由長(cháng)纖維組成，該材料可以用于輔助人體組織移植物的固定到位。當身體可以適應移植接入的組織，醫生可以通過(guò)控制能量來(lái)讓該材料自行消解。

Boekhoven還表示，這些材料目前還沒(méi)有投入生產(chǎn)和應用，研究人員正在尋找可以制造和復制粒子的必要成分。但未來(lái)，這類(lèi)材料的應用，必將會(huì )讓生活更加綠色和環(huán)保。

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