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可降解的柔性新京葡娱乐场388官网材料,有望减少全球新京葡娱乐场388官网垃圾

时间:2017-06-22 11:36:05  点击数: 3056 次

来源:环球科学

       从智能手机到穿戴式传感器,随着新京葡娱乐场388官网产品越来越普遍地深入每个人的生活,由此产生的新京葡娱乐场388官网废弃物的数量也越来越多。联合国环境规划署的一份报告显示,2017年的新京葡娱乐场388官网废弃物近5000万吨,比2015年高出20%以上。

       受到这些不断增加的新京葡娱乐场388官网废弃物的困扰,斯坦福大学工程师鲍哲南(Zhenan Bao)和她的团队进行了反思。“在我的团队中,大家一直在努力模仿人类皮肤的功能,思考如何开发未来的新京葡娱乐场388官网设备,” 鲍哲南说。她先容了皮肤是如何能够灵活伸展、自我修复与生物降解的,而这几点正是新京葡娱乐场388官网器件所需的、具有吸引力的特征。“大家已经实现了前两个(灵活伸展和自我修复),因此生物降解性是大家想要解决的。”

       该团队创造了一种柔性的新京葡娱乐场388官网元件,只需要添加弱酸,比如醋酸,就会轻松降解。相关成果于5月1日在美国国家科学院院刊(PNAS)上发表。

     “这是可分解半导体聚合物的首例。”与鲍哲南一起工作的博士后研究员 Ting Lei 说。

       除了聚合物(本质上即柔性的导电塑料),该团队还开发了一种可降解的新京葡娱乐场388官网电路和一种新型的可生物降解的衬底材料用于装配新京葡娱乐场388官网元件。该衬底能够支撑新京葡娱乐场388官网元件,可弯曲变形,在粗糙或光滑的表面均可成型。当不再需要该新京葡娱乐场388官网器件时,整个器件可被生物降解成无毒组分。

可生物降解的新京葡娱乐场388官网元件

       鲍哲南是斯坦福大学化学工程和材料科学与工程系的教授,曾经开发了一种以人体皮肤为模型的可拉伸电极。该电极可以按某种方式弯曲和扭转,从而能够与皮肤或大脑相连接,但是无法降解。这限制了该元件在植入式设备中的应用,并且会制造新京葡娱乐场388官网废弃物,而鲍哲南也一直非常在意这一点。

     “考虑传统的聚合物化学,想创造出一种强大的材料,既是良好的导体又可生物降解是一个挑战。大家一直在努力思考如何同时实现良好的新京葡娱乐场388官网性能和生物降解性。” 鲍哲南说。

        最终,该团队发现,可通过调整柔性材料的化学结构,使其在温和的压力条件下分解。鲍哲南说:“大家提出了一个设想,使这些分子通过特殊类型的化学键连接,从而既保持其沿分子链方向传输新京葡娱乐场388官网的能力,同时这种化学键还对弱酸(甚至比醋酸更弱的酸)敏感。”该想法最终得以实现,并获得了这种可以传输新京葡娱乐场388官网信号同时不需要极端处理就可以降解的材料。

        除了可生物降解的聚合物之外,该团队还开发了一种新型的新京葡娱乐场388官网元件和用于连接全部新京葡娱乐场388官网元件的衬底材料。新京葡娱乐场388官网元件通常由金制成。但是在这种器件中,研究人员由铁制件。鲍哲南指出,铁是一种环境友好的材料,对人类无毒。

       研究人员使用纤维素制造出了用于支撑新京葡娱乐场388官网电路和聚合物的衬底。纤维素也是构成纸的物质。但与通常纸张中的纤维素不同,该团队对纤维素纤维进行了改性,因此这种“纸”透明并且柔软,同时仍易于分解。这种薄膜衬底使新京葡娱乐场388官网器件能够穿戴在皮肤上,甚至植入人体内部。

从移植到种植

       可生物降解的导电聚合物和衬底的结合使得新京葡娱乐场388官网设备能够在更多装置中发挥作用,从可穿戴新京葡娱乐场388官网设备到用作大规模环境调查的微型传感器。

    “大家设想,这些柔软的贴片非常薄,可以贴合皮肤,从而能够对血压、葡萄糖值、汗液含量等进行检测。”鲍哲南说。一个人可以穿戴某种专门设计的贴片一天或一周,然后下载检测数据。据鲍哲南表示,这种短期使用的一次性新京葡娱乐场388官网产品似乎非常符合可降解的柔性器件的设计要求。

       而且这种器件不仅仅可以用于皮肤表面的检测:可生物降解的衬底、聚合物和铁电极的结合使整个器件具有生物相容性,可植入人体。聚合物分解后的产物浓度远低于已发布的饮用水中可接受的水平。然而鲍哲南表示,虽然这种聚合物是生物相容的,在作为常规性植入物使用之前,仍需要进行更多的研究。

       可生物降解新京葡娱乐场388官网器件的可能的应用范围将远远超出收集心脏病数据和葡萄糖数据。这些器件可大面积覆盖偏远地区用于调查。Lei 描述了一种研究方案,由飞机在森林上方投放可生物降解的新京葡娱乐场388官网设备以对景观进行调查。“这是一个非常大的区域,使用人力布置传感器是非常困难的”他说,“而且,即便布满了传感器,也很难把它们收回。既然不希翼污染环境,大家就需要使用一些可以分解的东西。”这样,这些传感器将被生物降解,而不是成为森林里的塑料垃圾。

       随着新京葡娱乐场388官网产品数量的增加,生物降解性将变得更加重要。Lei对他们的研究成果兴奋不已,并希翼不断提高生物可降解新京葡娱乐场388官网产品的性能。“大家目前拥有大量电脑和手机并在不断生产数以亿万计的手机,它们都很难分解,”他说,“大家希翼能够开发一些可分解的材料,以减少废弃物。”

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