前沿|德国人研发了一种可“自毁”材料 有望缓解塑料和电子垃圾问题
2017-10-20 16:06:29
作者：本网整理 来源：环境工程
慕尼黑工业大学的研究人员研发了一种在有燃料的情况下可以持续使用，一旦燃料用完就会自行分解的材料，有望缓解塑料及电子垃圾的日益增加。
我们通常都希望材料具备较好的耐久性，但是当我们不需要它们时又希望它们可以彻底消失，而不是不断填满垃圾场。现在好了，慕尼黑工业大学的研究人员研发了一种在有燃料的情况下可以持续使用，一旦燃料用完就会自行分解的材料，有望缓解塑料及电子垃圾的日益增加。
绝大多数人造材料都需要满足持续使用这个条件，但是在处理它们的时候却比较麻烦。受生物过程的启发，慕尼黑工业大学（TUM）的研究人员正在开发能量耗尽时“死亡”的材料，可以使药物释放体系，甚至是电子产品和包装材料，根据需要进行自毁。
如果动物或植物不能通过食物或阳光不断补充能量，它会死亡并分解。但人造物质不能与其环境进行这种能量交换，因此能够长时间保持其形态。当我们最终想要处理它时，需要通过像循环这样的过程来消耗更多的能量，而这并不是最有效的过程。
这项研究的主要作者JobBoekhoven说：“到目前为止，大多数人造物质在化学上非常稳定：要将其分解成原来的组分，必须花费大量的能量。而大自然却不会产生垃圾堆，相反，生物细胞会不断地从再生的细胞中合成新的分子，这些分子中的一部分会组装成更大的结构，即所谓的超分子组装，形成细胞的结构组分，这个动态的集合激励着我们开发那种可以在不被需要时自行处理自己的材料。”
为了模仿这些自然系统，TUM团队创建了开始时是自由移动，而当添加“燃料”时，可以组装成水凝胶的分子混合物。这种燃料采用称为碳二亚胺的高能分子形式，只要燃料持续供应，化学反应就可以保证这种水凝胶的稳定性。当燃料最终用完时，水凝胶就会分解成其原始分子，因此可以通过控制开始所给的燃料量来设定自毁程序。
在实验室测试中，该团队创建了可预见寿命为数分钟或数小时的材料，并且在它们死亡和溶解之后，可以通过添加另一批燃料重新启动该过程。
研究人员声称，在短期内，这项技术可以用作靶向药物输送系统，其中球形结构可以在身体周围携带药物，然后在需要的地方自动溶解和释放其有效载荷。另外也可以使其组装成组织工程支架，以帮助人体愈合，一旦人体自身的细胞接管它的工作就立即分解。
该团队表示，塑料或电子设备有望采用自毁材料制成，以防止其堵塞垃圾填埋场，例如可溶于水或加热可熔的“瞬态”电子元件，但添加可编程的时间延迟将是一个值得欢迎的补充。
这项研究已经发表在期刊NatureCommunications上。
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