塑料皮肤可自我修复

用手术刀切开后，这种新型高分子聚合物能够自我恢复大部分的机械和电气性能。

　　图片来源：Benjamin Tee and Chao Wang

　　本报讯（记者唐凤）人类皮肤是一种特殊的材料：它需要很强的可塑性，以便于在“用户”攥紧拳头时，皮肤不会破裂。它需要对诸如抚摸和压力等外界刺激感觉灵敏，而这些感觉以电波信号的方式被测量到，因此皮肤还需要导电性。更重要的是，皮肤必须在日久天长的磨损中幸存下来，于是，它需要自我修复能力。目前，来自美国加利福尼亚州的研究人员设计出了一种新“皮肤”，这种皮肤是一种兼具可塑性、导电性和自我修复能力的高分子聚合物。

　　实际上，这一成果部分地得益于“表皮电子学”持续十年的短暂繁荣——微薄、灵活的电路产品足以附着在皮肤上，例如能够用于可佩戴的心律监护器；或是为假肢提供触感灵敏的肌肤状物质。

　　但是，一直以来科学家面临一个难题，就是硅——电子工业的基础物质——是易碎的。因此很多研究小组致力于寻找不同的方式，来制造灵活的电子传感器。

　　同时，化学家们也对“自我修复”高分子材料越来越感兴趣。

　　这听上去也许很像科幻小说，不过几个研究小组确实制作出了这种材料，当科学家用灯光照射加热，或者仅仅将切开的边缘合在一起时，它们就能够再聚合在一起。

　　早在2008年，法国巴黎高等理工化工学校的研究人员就表示，一种经过特殊设计的橡胶配合物在被损坏后，能够恢复其机械性能，并且能反复自我修复数次。

　　美国斯坦福大学的化学工程师Zhenan Bao和同事们结合了之前提出的几种观念，开发出一种自我修复高分子聚合物。迄今为止，所有的这些聚合物被证实只有很低的导电性，因此在电子传感器方面很少使用。

　　刊登在近期出版的《自然—纳米技术》期刊上的研究报告称，研究人员详细叙述了他们是如何增强自我修复聚合物的导电性的。研究人员合并了镍原子，让电子能在金属原子间跳跃。

　　这样一来，该聚合物对压力、扭力等作用力十分敏感，因为这些力能够改变镍原子间的距离，从而影响电子跳跃的难度，并改变聚合物的电阻。

　　为了实验这种物质的机械性和电气性能——这些能力让这种材料被损害之后能反复恢复到其初始状态，研究人员用解剖刀将该聚合物完全切断。然后，将切口轻轻按压在一起，15秒钟之后，研究人员发现样品的传导性恢复了98%。并且，就像巴黎高等理工化工学校研究小组的橡胶配合物那样，斯坦福研究小组的聚合物也能反复不断地恢复。

　　“我认为，这是一种突破性的进展。” 都柏林三一学院CRANN纳米科学研究所化学家John J. Boland说，“这是我们第一次看到这种兼具机械和电气性能的自我修复材料。”

　　不过，他也对“仅仅使用一把解剖刀就能非常精确地切开材料，而不会引发伤口局部机械变形”表示怀疑。Boland指出，失误会导致机械拉伸，使材料伸展，产生大的疤痕，并且不会完全自我修复。

　　现在，Bao研究小组正在努力让这种材料看上去更像人类皮肤。“我认为，如果能做出人造自愈皮肤橡皮圈，这将非常有趣。”她说，“因为目前材料虽然很灵活，但是仍然无法伸缩，这是我们研发的下一代自愈皮肤需要解决的问题。”

　　《中国科学报》 (2012-11-14 第2版 国际)