近日，由美國(guó)萊斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型超材料，兼具柔軟性與高強(qiáng)度，能夠通過(guò)遠(yuǎn)程控制快速改變其尺寸和形狀。這一成果有望賦予體內(nèi)醫(yī)療設(shè)備全新的能力，標(biāo)志著可植入和可攝入醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》上。

超材料是一類人工合成結(jié)構(gòu)，其特性并非主要來(lái)源于化學(xué)成分，而是由其微觀結(jié)構(gòu)的幾何形狀、排列方式和尺寸大小來(lái)決定，因而能夠展現(xiàn)出自然界材料所不具備的獨(dú)特性能。

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新型超材料可通過(guò)遠(yuǎn)程控制快速改變其大小和形狀。

此次設(shè)計(jì)的新型超材料，實(shí)現(xiàn)了在極度柔軟的同時(shí)兼具穩(wěn)定性和可變形性，這種組合優(yōu)勢(shì)是此前同類軟材料所沒(méi)有的。該超材料表現(xiàn)出卓越的機(jī)械強(qiáng)度，可承受超過(guò)自身重量十倍的壓縮載荷，并在遠(yuǎn)超生理?xiàng)l件的溫度變化以及強(qiáng)酸等惡劣化學(xué)環(huán)境中保持穩(wěn)定性能，展現(xiàn)出極強(qiáng)的耐久性。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)在材料結(jié)構(gòu)中引入梯形支撐段和加強(qiáng)梁等特定幾何特征，將“多穩(wěn)定性”編程到軟結(jié)構(gòu)中，使其能夠以多種穩(wěn)定狀態(tài)存在。這些結(jié)構(gòu)形成“能量屏障”，使材料在外部驅(qū)動(dòng)力消失后仍能鎖定在新的形態(tài)中，持久保持形狀。該超材料采用3D打印制造，構(gòu)建出很多相互連接的微結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)單元可在“打開(kāi)”與“關(guān)閉”狀態(tài)之間快速切換，且切換后無(wú)需持續(xù)供能即可維持新形態(tài)。

通過(guò)將多個(gè)這樣的基本單元像積木一樣組合，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，不僅能夠整體變形，還能在外部磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生類似蠕動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。尤為關(guān)鍵的是，即使在長(zhǎng)期暴露于機(jī)械應(yīng)力和模擬人體胃部的強(qiáng)酸腐蝕環(huán)境后，該材料仍能保持功能完整性。

這種可遠(yuǎn)程調(diào)控形狀與尺寸的超材料，有望在醫(yī)療領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)精確定位、靶向藥物遞送或在體內(nèi)特定位置施加可控的機(jī)械刺激。目前，團(tuán)隊(duì)正與外科醫(yī)生合作，致力于設(shè)計(jì)無(wú)線流體控制系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前臨床中尚未滿足的重要醫(yī)療需求。