慕尼黑工業大學的研究人員研發了一種在有燃料的情況下可以持續使用, 一旦燃料用完就會自行分解的材料, 有望緩解 塑料 及電子垃圾的日益增加.
我們通常都希望材料具備較好的耐久性, 但是當我們不需要它們時又希望它們可以徹底消失, 而不是不斷填滿垃圾場. 現在好了, 慕尼黑工業大學的研究人員研發了一種在有燃料的情況下可以持續使用, 一旦燃料用完就會自行分解的材料, 有望緩解塑料及電子垃圾的日益增加.
絕大多數人造材料都需要滿足持續使用這個條件, 但是在處理它們的時候卻比較麻煩. 受生物過程的啟發, 慕尼黑工業大學(TUM)的研究人員正在開發能量耗盡時 '死亡' 的材料, 可以使藥物釋放體系, 甚至是電子產品和 包裝 材料, 根據需要進行自毀.
如果動物或植物不能通過食物或陽光不斷補充能量, 它會死亡並分解. 但人造物質不能與其環境進行這種能量交換, 因此能夠長時間保持其形態. 當我們最終想要處理它時, 需要通過像迴圈這樣的過程來消耗更多的能量, 而這並不是最有效的過程.
這項研究的主要作者JobBoekhoven說: '到目前為止, 大多數人造物質在化學上非常穩定: 要將其分解成原來的組分, 必須花費大量的能量. 而大自然卻不會產生垃圾堆, 相反, 生物細胞會不斷地從再生的細胞中合成新的分子, 這些分子中的一部分會組裝成更大的結構, 即所謂的超分子組裝, 形成細胞的結構組分, 這個動態的集合激勵著我們開發那種可以在不被需要時自行處理自己的材料. '
為了模仿這些自然系統, TUM團隊建立了開始時是自由移動, 而當添加 '燃料' 時, 可以組裝成水凝膠的分子混合物. 這種燃料採用稱為碳二亞胺的高能分子形式, 只要燃料持續供應, 化學反應就可以保證這種水凝膠的穩定性. 當燃料最終用完時, 水凝膠就會分解成其原始分子, 因此可以通過控制開始所給的燃料量來設定自毀程序.
在實驗室測試中, 該團隊建立了可預見壽命為數分鐘或數小時的材料, 並且在它們死亡和溶解之後, 可以通過添加另一批燃料重新啟動該過程.
研究人員聲稱, 在短期內, 這項技術可以用作靶向藥物輸送系統, 其中球形結構可以在身體周圍攜帶藥物, 然後在需要的地方自動溶解和釋放其有效載荷. 另外也可以使其組裝成組織工程支架, 以幫助人體癒合, 一旦人體自身的細胞接管它的工作就立即分解.
該團隊表示, 塑料或電子設備有望採用自毀材料製成, 以防止其堵塞垃圾填埋場, 例如可溶於水或加熱可熔的 '瞬態' 電子元件, 但添加可編程的時間延遲將是一個值得歡迎的補充.
這項研究已經發表在期刊NatureCommunications上.