通過能量控制分子材料生命周期，開發定時可擦除墨水

基於生命分子結構上的自我修復，將讓生活更加環保。

近日，德國慕尼黑技術大學的科學家研究團隊從生活中的可降解分子材料得到靈感，研製出了一種不需要回收的分子材料，並且他們可以通過控制能量的輸入來控制分子的降解時間，讓其在預設好的時間自動消失。

據了解，影響這種分子材料性能的兩個關鍵因素是結構和能量。

結構 | 化學鍵

在生活中，人們將廢舊物丟入垃圾填埋場，通常現在的處理方式是將其燃燒成灰，或者將其分類回收，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說道：「自然中的物質降解後的分子結構是不會憑空消失的，主要原因在於不同的化學鍵。」

如大多數人造材料通過一種共價鍵來創造特殊的分子結構，這種分子結構中的原子可以共享電子，它們形成了細菌無法破碎的堅韌的碳鍵，這也就是塑料不會生物降解的原因。

在自然界中，分子降解後會根據環境自己隨意重新組合，進一步從微觀來看，主要影響因素就是離子、范德華力或氫鍵之類的弱分子相互作用。

所以從微觀考慮，在分子結構的選擇上，研究人員嘗試選擇了由小珠製成的簡單膠體。其中，每一個小珠的直徑大約為人頭髮直徑的1%。隨著能量的持續輸入，這些微型珠子就會像一串珍珠排列在一起，因此研究人員可以在特定的時間下，通過控制能量的供給，按照一定的順序對其進行拆卸和組裝。

Boekhoven表示，這些材料可以被用來運送藥物。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包裹藥物，操控它們，設定其進入腸道後分解，這樣就能保護藥物到達所需的位置。

能量 | 活著

影響剛剛消失分子去向的另一個關鍵因素：能量。因為分子結構的生命使用總是「不平衡」，所以需要不斷湧入的能量來保持分子的功能，沒有額外的能量，這些分子將最終自己解離並返回到更簡單的狀態。

對此，Boekhoven解釋說：「生物的細胞就需要不斷補給的能量和營養來維持活著的狀態，否則，細胞最終會裂解成簡單的構建塊。」

如果這些物質可以自我組裝和降解，並且它們需要能量輸入才能存在，那麼它們在某種意義上是「活著」的。

因此，研究人員就希望在微少的能量供給情況下，快速重新組裝更複雜的結構。這一操作本質上可以看做是基於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鬆的結晶材料，通常是透明的，當對該材料進行加熱（即提供能量）時，該材料的表面就變得不透明。隨著熱能消失，變黑的材料又會再次變得透明。

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：「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，以此來減少不可反覆使用帶來的浪費。」

此外，研究人員還測試了另一種材料，它由長纖維組成，該材料可以用於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，醫生可以通過控制能量來讓該材料自行消解。

Boekhoven還表示，這些材料目前還沒有投入生產和應用，研究人員正在尋找可以製造和複製粒子的必要成分。但未來，這類材料的應用，必將會讓生活更加綠色和環保。

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