德学者开发出有“记忆力”的塑料,它可用作医学植入体,解决医学上的一些难题。 把一个薄薄的、一次性使用的塑料杯放到烤箱里,慢慢加热,但注意不要让塑料杯融化,只要让它变软就行。当烤箱达到一定温度后,薄塑杯就会开始收缩,变成一片平平的圆形塑料片,因为塑料杯原本是由这样一个圆片冲压出来的。也就是说,加热以后,这种材料又恢复了它原来的形状。
德国GKSS科研中心的伦德莱因教授就开发利用了塑料材料的这种记忆功能,但不是为了饮料杯,而是为了医疗用的人工植入体和修复体。他介绍说:“比如说你可以把一个大块的植入体压缩成小块,通过微型手术的方法,只要开一个小口就可以把它植入患者的体内。当植入体的温度从20来度的室内温度上升到36度左右的人体温度时,它就会伸展成植入体的原始设计形状。然后,经过一定的植入期,也就是在患者体内待了一定的时间之后,它还可以完全生物降解,化为乌有,使得患者不用再做第二次手术,仅仅是为了把完成了任务的植入体再取出来。”
因此,伦德莱因也把他的这种材料称作是多功能塑料材料,因为它具备了两个很有用的特性:第一是可以恢复原来的形状,第二是可以在人体内自然降解。伦德莱因花费了很多心血,才把这两个特性统一到一种材料上。
一般来说,大部分塑料材料都是由一种原始材料做成的,但伦德莱因却必须把几种不同的原始材料混合在一起,而且必须把握好正确的比例。比如说他摸索到的配方之一是用来生产一种非常特殊的、用于外科手术的缝合线,这种线在人体内可以自己打结。伦德莱因介绍说:“一般来说,外科医生都希望缝合线可以自己打结,但不要自行收紧,因为缝线的松紧和伤口的愈合很有关系,需要外科医生凭自己的经验来掌握。如果缝得太松,就会生成更多的伤疤组织,缝得太紧,又会没有必要地损伤更多的周围组织。”
塑料材料也称为高分子材料,或者说是分子聚合物,因为是由好多分子链聚合反应生成的。具备记忆功能的塑料材料必须拥有非常特殊的内部结构,它们的分子链是通过许多分子键互相连接形成网状的,人们可以根据需要对它进行某种形式的编程。编程过程分为三步。伦德莱因介绍第一步说:“就像加工所有其它塑料材料一样,首先是成型,也就是把材料先加工成最终固定的形状,比如说一根5厘米长的线。下一步是把它加热,而且只是略微加热,使它不至于融化,只是软化,以便对它进行变形处理。”
因为加热以后,分子链的柔性增加,活动能力增大,人们可以把它拉长,至少是在一定限度内拉长。这时候,即使整个分子链构成的网变了形,分子链之间的连接也还能保持不断。也就是说,编程的第二步是拉伸材料。伦德莱因说:“比如说我把5厘米长的线拉到10厘米长,然后再把它快速冷却到常温。如果是弹性材料的话,这时候它就会很快恢复到原来的5厘米长度,但是形状记忆材料却可以相对精确地保持拉伸后10厘米长的形状,也就是说我们给它编了程。”
快速冷却就是编程的第三步,目的是消除分子链的活动能力,相当于把变型后的形状冻结起来。这时候,材料中的分子链被拉长了,但它们却动弹不得,因为没有热能来源。如果以后再对它施加热能,它就会恢复原来的长度。
目前,伦德莱因带领他的科研小组正在研究可以在光照下改变形状的塑料材料,因为对热能反应的记忆材料只能改变一次形状,要想让它再变,就得对它重新编程,而对光能敏感的记忆材料却可以在不同波长、也就是能量不同的光的辐照下,反复多次地改变形状。伦德莱因开发出来的第一批样品已经做到了这一点,他今后几年的任务将是提高它们的反复次数。
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