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浙江大学发明新型形状记忆塑料 微创手术有望用上记忆塑料

2016年01月11日10:09    来源:钱江晚报    手机看新闻
原标题:微创手术有望用上记忆塑料

  几天前,我见到一块边长5厘米的正方形塑料材料,度过了非常奇妙的一个早上——

  它躺在桌上,是平的。科学家把它叠成了一只千纸鹤。

  它又被浸到热水里。接着一场水中芭蕾上演了:千纸鹤在水里展平,然后又慢慢收缩,出水的“芙蓉”,竟然成了一艘船。

  船,是这张塑料曾经被折叠过的造型,在温度的作用下,它“恢复了记忆”。

  可是,它是一块塑料,没有大脑,不能记住任何事情。

  我想错了。这个“戏法”,是一篇刚刚发表在《科学》杂志子刊《科学进展》上的论文,作者来自浙江大学化学工程联合国家重点实验室教授谢涛课题组。

  他们发明的塑料,在国际上首次实现了复杂可变形“折纸”。不仅可以记住它最近被塑造的造型,还可以“重置”记忆,记住更多的新造型。

  原理

  这种新型材料,它是怎么记忆的

  这种材料叫做“形状记忆材料”。

  大部分的材料纵然在常温下有很炫酷的造型,但一经加热,就会变回原形——看看《终结者2》里,在1000℃熔炉下,再生猛的机器人都只能化成一摊金属水。

  在实验室里,论文第一作者赵骞副教授向记者介绍,他们的材料经过简单的折叠,就能被加工成复杂的原始造型,比如鸟或者船甚至更精巧的造型。

  并且,原始造型还能被不断地更改。这是因为科学家“在设计形状记忆材料的过程中,加入了一种可交换共价键,可以在一定条件下,重组材料中分子间的连接关系。”

  这就相当于舞蹈演员手拉手跳一支“集体舞”,他们有一个核心的基础造型,也就是原始造型。

  当处于较低温度时,分子之间并不会“放手”,所以无论怎么折叠出新造型,都属于临时的形变——就像舞蹈演员伸伸腿、弯弯腰,看上去是一个新的造型。

  而当处于较高的温度时,分子之间会迅速相互撒手后,再进行“换手”,找回记忆中拉手的小伙伴,恢复到原来的基础“队形”。这个时候,材料形变回到它的原始造型。

  如果要改变这个原始造型记忆,只要在高温情况下塑型就可以。赵骞说,正是这种“换手”,让新型的形状记忆塑料能够不断被植入复杂形状记忆。

  应用

  人工器官超级变变变,轻松钻进人体

  课题组目前已经在研究,使用更低的温度,去“唤回”这块特殊塑料对原始造型的记忆。这将使这种材料能很广泛地使用到现实生活中的多个领域,实现“超级变变变”。

  “现在越来越多的外科手术都趋向用微创的方法进行,手术的切口只有一个钥匙孔那么大。但是目前的许多生物辅助材料,比如人工器官,体积是比较大的,只能开大刀手术。”

  赵骞说,如果用记忆材料制作这些人工器官,就可以解决这个问题,“我们可以把材料做成细长的形状,便于它在手术的时候,顺利地通过微创口子进入人体。到达人体内后,这种材料会在体温的作用下,慢慢展开,并且和人的体内环境融合。”

  在《科学》杂志的官网上,该杂志科技记者约翰·博安农(John Bohannon)写了一篇解读这项成果的报道,文章中提到蒂莫西·怀特(Timothy White),他是一位化学工程师,在俄亥俄州Wright Patterson 空军基地的空军研究实验室做研究工作,他了解到这项成果后表示,这为他们正在进行的一个项目注入了新的活力。

  赵骞告诉记者,“这是美国空军在实行的一个跟机翼变形相关的计划。”

  这个计划比较复杂,我举个通俗一点的例子,也就是有了这种材料呢,《星球大战》里的千年隼号,可以在通过各种时空隧道的时候,自动感知周围的环境变化,来进行变形,应对黑暗政权第一秩序的进攻。

  不过摆在眼面前,这种材料还真的挺适合女人们的——如果它们可以做成衣服、包包、首饰、鞋子……

  也许我们再也不用担心家里没有地方放,旅行箱总是不够装了——我让它们都变形变小啊!要用了再展开来。

  记者 章咪佳

(责编:李静、王丽)


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