黑科技 | 通过能量控制分子材料生命周期，开发定时可擦除墨水

基于生命分子结构上的自我修复，将让生活更加环保。

近日，德国慕尼黑技术大学的科学家研究团队从生活中的可降解分子材料得到灵感，研制出了一种不需要回收的分子材料，并且他们可以通过控制能量的输入来控制分子的降解时间，让其在预设好的时间自动消失。

据了解，影响这种分子材料性能的两个关键因素是结构和能量。

结构 | 化学键

在生活中，人们将废旧物丢入垃圾填埋场，通常现在的处理方式是将其燃烧成灰，或者将其分类回收，但这些方法都浪费了大量的材料和能量。对此，研究人员Job Boekhoven说道：“自然中的物质降解后的分子结构是不会凭空消失的，主要原因在于不同的化学键。”

如大多数人造材料通过一种共价键来创造特殊的分子结构，这种分子结构中的原子可以共享电子，它们形成了细菌无法破碎的坚韧的碳键，这也就是塑料不会生物降解的原因。

在自然界中，分子降解后会根据环境自己随意重新组合，进一步从微观来看，主要影响因素就是离子、范德华力或氢键之类的弱分子相互作用。

所以从微观考虑，在分子结构的选择上，研究人员尝试选择了由小珠制成的简单胶体。其中，每一个小珠的直径大约为人头发直径的1%。随着能量的持续输入，这些微型珠子就会像一串珍珠排列在一起，因此研究人员可以在特定的时间下，通过控制能量的供给，按照一定的顺序对其进行拆卸和组装。

Boekhoven表示，这些材料可以被用来运送药物。如某些药物需要避免与胃酸接触，所以就可以用这种材料来包裹药物，操控它们，设定其进入肠道后分解，这样就能保护药物到达所需的位置。

能量 | 活着

影响刚刚消失分子去向的另一个关键因素：能量。因为分子结构的生命使用总是“不平衡”，所以需要不断涌入的能量来保持分子的功能，没有额外的能量，这些分子将最终自己解离并返回到更简单的状态。

对此，Boekhoven解释说：“生物的细胞就需要不断补给的能量和营养来维持活着的状态，否则，细胞最终会裂解成简单的构建块。”

如果这些物质可以自我组装和降解，并且它们需要能量输入才能存在，那么它们在某种意义上是“活着”的。

因此，研究人员就希望在微少的能量供给情况下，快速重新组装更复杂的结构。这一操作本质上可以看做是基于生命分子结构上的一种自我修复。

应用前景

研究人员测试了一种蓬松的结晶材料，通常是透明的，当对该材料进行加热（即提供能量）时，该材料的表面就变得不透明。随着热能消失，变黑的材料又会再次变得透明。

所以研究人员预计这种材料可以被用作完全可擦除的墨水。Boekhoven说：“你可以预先设定好墨水的生命周期，这样可以大大减少普通纸张在纸币、票据和收据等方面的使用，以此来减少不可反复使用带来的浪费。”

此外，研究人员还测试了另一种材料，它由长纤维组成，该材料可以用于辅助人体组织移植物的固定到位。当身体可以适应移植接入的组织，医生可以通过控制能量来让该材料自行消解。

Boekhoven还表示，这些材料目前还没有投入生产和应用，研究人员正在寻找可以制造和复制粒子的必要成分。但未来，这类材料的应用，必将会让生活更加绿色和环保。