科學家再創奇蹟，病毒居然可以拿來干這個？
科學家再創奇蹟，病毒居然可以拿來干這個？
科了個普
在人們的印象中，病毒幾乎是惡魔的代名詞。有效疫苗誕生前，人類歷史上多次經歷病毒肆虐帶來的恐怖災禍。天花流行的18世紀，整個歐洲的人口損失達到1億之多。在醫學已然高度發達的21世紀，全世界每年因病毒性疾病致死的人數依然居高不下。
最近，日本東京工業大學的科研團隊卻讓人們對病毒的印象發生逆轉，讓人不禁驚呼，還有這種操作？科學家到底對病毒做了什麼，讓這種生物變害為寶？
3月初，期刊《Scientific Reports》發表了來自東工大的研究成果，科學家們利用纖毛狀巨型噬菌體M13（一種專門吞噬細菌的無害病毒）製成了導熱性與玻璃相當的高分子材料，為高分子材料的研發提供了嶄新的思路。
在人們的傳統印象中，高分子材料的熱導率普遍偏低。人們利用各種耐高溫織物製成防燙勞保手套，耐熱衣，甚至日常生活中媽媽們編織的水杯套也是利用了化纖織物防滑、導熱差的特性。
形形色色的編織茶杯套，來源：網路
來自東工大的團隊主要有材料學家構成，它們從物理學上一個十分有趣的現象——咖啡環效應出發，將纖毛狀巨型病毒高效地排布成陣列。這種生物自組織結構的骨架就是構成陣列的纖毛狀巨型病毒，實際上是核酸和蛋白質組成的高分子材料。這種新穎的薄膜由於具有特殊的導熱通路，因而大大提高了傳統意義上高分子材料的導熱性。
(a) M13噬菌體示意圖，長徑比高達200，(b) 有序排列的噬菌體導熱薄膜
來源：參考文獻1
科學家們首先將包含病毒的溶液塗佈於玻璃板上，溶液會在表面張力的作用下聚成水滴狀，且水滴邊緣厚度要遠遠小於中心。在隨後的溶液蒸發過程中，邊緣液體的蒸發速度更快，從而讓病毒可以以均一的形態和朝向凝結於玻璃板表面，最終形成導熱良好的高分子陣列薄膜。
咖啡環效應，液滴邊緣先蒸發，從而留下一圈咖啡顆粒沉積物，來源：網路
那麼，大家可能要問，這樣的高導熱高分子材料可能會應用於那些場合呢？我們用高性能電子器件作為案例，來展示一下這種材料的應用前景。
電子設備、元器件的小型化是電子科學誕生以來人類從未停止的追求。近年，電子器件的小型化、高密度化更是達到了接近材料物理極限的水平。隨之而來的便是發熱密度的急劇上升，單位空間中釋放的熱量要遠高於以往。
發熱部分（例如晶元）與基板間需要導熱良好的介質作為導熱通路，從而讓熱量散發出去，實現器件的冷卻。金屬、陶瓷等材料雖然具備相對高的熱導率，但質地堅硬難變形，與晶元和基板雙方都無法實現有效貼合。因此，導熱膏（如硅膠）等質地柔軟的材料往往用來充當導熱介質。
各種形式的導熱硅膠，來源：網路
遺憾的是，現有的導熱膏材料實際上熱導率並不足夠高，比起金屬要低上兩到三個數量級，成為整個散熱通路的瓶頸。未來，製備自病毒的高分子材料，將很有可能協助科學家突破目前的困境。
具有高度自組織結構的病毒高分子導熱薄膜，雖然距離實際應用尚有不小的難度，卻實實在在的開闢了一個全新的研究領域。用病毒作為骨架生產材料，聽起來頗具科幻色彩，然而在化腐朽為神奇的科學家們手中，已然成為了現實。認識規律，掌握規律，利用規律，病毒導熱薄膜的開發完美地體現了人類利用科學技術造福自身的經典套路，無論其未來的發展是否一帆風順，都是人類智慧的勝利。
科了個普
參考文獻
1. https://www.titech.ac.jp/news/2018/040895.html
作者 | 科了個普
編輯 | kuma
圖片 | 來自網路
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