近日，由美國萊斯大學領(lǐng)導的研究團隊開發(fā)出一種新型超材料，兼具柔軟性與高強度，能夠通過遠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，標志著可植入和可攝入醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的一項重大突破。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期《科學進展》上。

超材料是一類人工合成結(jié)構(gòu)，其特性并非主要來源于化學成分，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決定，因而能夠展現(xiàn)出自然界材料所不具備的獨特性能。

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新型超材料可通過遠程控制快速改變其大小和形狀。

此次設(shè)計的新型超材料，實現(xiàn)了在極度柔軟的同時兼具穩(wěn)定性和可變形性，這種組合優(yōu)勢是此前同類軟材料所沒有的。該超材料表現(xiàn)出卓越的機械強度，可承受超過自身重量十倍的壓縮載荷，并在遠超生理條件的溫度變化以及強酸等惡劣化學環(huán)境中保持穩(wěn)定性能，展現(xiàn)出極強的耐久性。

團隊通過在材料結(jié)構(gòu)中引入梯形支撐段和加強梁等特定幾何特征，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，每個單元可在“打開”與“關(guān)閉”狀態(tài)之間快速切換，且切換后無需持續(xù)供能即可維持新形態(tài)。

通過將多個這樣的基本單元像積木一樣組合，團隊構(gòu)建出復雜的三維結(jié)構(gòu)，不僅能夠整體變形，還能在外部磁場驅(qū)動下產(chǎn)生類似蠕動的運動。尤為關(guān)鍵的是，即使在長期暴露于機械應力和模擬人體胃部的強酸腐蝕環(huán)境后，該材料仍能保持功能完整性。

這種可遠程調(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械刺激。目前，團隊正與外科醫(yī)生合作，致力于設(shè)計無線流體控制系統(tǒng)，以應對當前臨床中尚未滿足的重要醫(yī)療需求。