德国慕尼黑工业大学(TUM)研究人员受生物生命过程的启示,开发了一种材料,当它们耗尽能量时就“死掉”,散架了。这可能导致按时缓释的药物递送系统,或是在需要消解时会自我毁灭的电子器件、包装材料。
众所周知,如果动植物不能通过食物或阳光得到能量的补充,它们就会死亡,就会分解。但人造物质无法实现与周围环境的能量交换,会长期保持其形态。到最终的处理时,我们需要通过诸如再循环之类的过程,这将需要消耗更多能量,显然不是最理想的。
该研究的论文主要作者玻伊霍芬说,“到目前为止,大多数人造物质的化学性质非常稳定,要分解它,回到原先的组分就得搭上不少能量。反观大自然,则不会产生垃圾堆,而是让生物细胞以弃用的分子不断重新合成新的分子。这些分子中有一部分组成更大的超分子组装,构成细胞的结构成分。这个动态系统启发我们开发一种弃用时能自行处理的材料。”
模仿自然系统,TUM团队创建了一种分子化合物,当添加“燃料”(一种称为碳化二亚胺的高能分子)时,开始自由移动,组装成水凝胶。只要能源供应持续,化学反应能使该材料稳定。当能源耗尽,这些材料简单地分解为其基本分子。控制最初给定燃料的多少,研究者能按需设置,实现需要的有效自毁。
实验室测试中,团队制造出了预计寿命为几分钟或几小时的材料,在它们寿终、溶解后,添加燃料还能重新启动该过程。
研究人员说,这种技术近期内就能用作靶向药物的传递系统,以球状结构将药物带到身体各处,在需要的地方自动溶解,释放有效载荷。另一个设想是设计成组织工程的支架结构,植入身体来帮助愈合,并在身体自身细胞接管后降解。
团队进一步设想,可用这类材料制成塑料件或电子装置,它们在垃圾填埋场会自毁,避免堆积;或是能在水或热作用下解体的“短期”电子器件,时间延迟将可以编程设定,使其更受欢迎。
该研究的论文发表在《自然通讯》杂志。比尔