2010年度盘点――新型材料
导读：生物材料研究是当今材料科学研究的一个热点之一，也是21世纪最具有前途的科研领域，其在生物工程、光电、化工、医学等领域都有非常广泛的用途。纳米生物技术又是国际生物技术领域的前沿和热点问题，在医药卫生领域更是有着广泛的应用和明确的产业化前景。
目前，各国在生物材料研究方面均取得一定的成就。在此，生物谷小编将为你逐一呈现2010年的十大新型材料。
1、“钯蓝”――癌症光热疗的“希望之星”
事件：厦门大学化学化工学院郑南峰教授课题组的研究发现，通过形貌的精细调控，纳米钯可以展示出绚丽的蓝色。
钯是一种稀贵金属，在化学中主要用做催化剂。但高比表面积的钯纳米材料多为黑色，被科学家们通俗地称为“钯黑”。实验表明，郑南峰教授课题组所制备出的这种蓝色钯纳米材料――“钯蓝”不仅拥有“漂亮的外表”，而且拥有独特的光学、催化等性能。
“钯蓝”由尺寸均一的六边形超薄钯纳米片组成，薄片的厚度仅为1.8纳米，边长可在20―200纳米间调控。郑南峰教授表示：“这样超薄的结构特征不仅使‘钯蓝’具有高的比表面积，使催化性能更为优越，而且结合理论计算，我们还发现超薄结构是‘钯蓝’具有强近红外光吸收并呈现蓝色的主要原因。”
课题组将之与当前用于肿瘤治疗的光热疗联系起来。经过一年多的反复实验，课题组发现，“钯蓝”的超薄厚度使其无法散射近红外光，所吸收的光被完全转化为热，导致周围环境快速升温，可直接应用于肿瘤的近红外光热疗。“同时，作为近红外光敏剂，‘钯蓝’的最大特点在于它的超高光热稳定性，这一特性是其他现有贵金属纳米近红外光敏剂所无法媲美的。”
目前，课题组正在对“钯蓝”的催化、生物应用等进行更为深入系统的研究，并着手与厦大医学院等单位展开联合攻关。
2、柔韧新材料――可助医疗仪器自行供电
事件：美国普林斯顿大学的科学家发明了一种致密柔韧的材料，其可通过自身肢体动作来收集能量，病人只需通过呼吸就能维持心脏跳动。
研究小组组长米迦勒 麦卡尔平表示，这项发明的关键在于压电材料形态的创新。压电材料受到机械应力时会发生电偏振，因此运动和压力都可以产生电能。但是一般的压电材料都非常硬，而且不易弯曲，通常还带有毒性。
因此研究小组发明了纳米压电仪器，它们被层层的硅树脂所隔开，就像我们从隆胸手术所知道的那样，硅树脂非常柔韧，而且不会引起人体排斥。
麦卡尔平表示这种材料的首次商业应用可能是用来替代儿童运动鞋中发光LED，但他希望这些材料以后可以应用在电力心脏起搏器，以及植入肺部。
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3、“隐形”材料――“哈利波特隐形衣”有望成真
事件：英国科学家采用一种由一些细微结构组成新型弹性薄膜，形成一种叫做“超弯曲材料”的新材料，在合理的光线条件下，它能够使得物体“隐形”。这使得制造真实版的“哈利波特隐形衣”变为可能，
这种新研制的超弯曲材料能够改变光线传播的方向，简言之它能使光波按既定的方式不断反射，从而达到在较长的波长下隐形的效果。之前由于光学原理的限制，要实现这种隐形并非易事，物体的材料原子大小必须接近光波长短才有可能。迄今为止，较小波长光线折射的材料原子仅可应用衣服的扁平、较硬表面。
据英国圣安德鲁斯大学的科学家安德烈迪法尔科声称，他们已经迈出了实现隐形衣的第一步。他们已经实现了在平且坚硬的表面使物体隐形。超弯曲材料可在可见光620纳米波长范围下操作，法尔科将超弯曲材料的形成简单地概括成将好几层网眼结构堆积，而现在它们已经成功地制造出了单层的薄膜结构，而这种“薄膜”堆积在一起可产生柔性“智能织物”，从而实现隐形斗篷的基本功能。
另据美国塔夫茨大学和波士顿大学的研究人员在《新型材料》杂志上发表的一篇研究报告，他们利用从蚕丝中提取出的物质并在其表面上涂抹了一层黄金涂层后得到的新型材料，制造出了一件穿着之后能使人隐形的斗篷。
4、"人造泡沫"――能将二氧化碳转化为糖
事件：美国俄亥俄州辛辛那提大学的大卫-温德尔和卡洛-莫内特马格诺设计的“人造泡沫”获得了“2010地球奖”。这种特殊泡沫可以跟踪气候变化，吸收地球大气层中的二氧化碳，并产生有望能够转换成生物燃料的糖物质。
这种泡沫安装在燃煤发电厂的烟囱中，能够捕获二氧化碳，并将二氧化碳锁定在其进入大气层影响气候之前转化为糖物质。由于这种人造材料的泡沫结构，它转化二氧化碳为糖物质的能力是普通发电厂减排装置的5倍。
温德尔指出，人造泡沫可将二氧化碳转化为工业糖物质，但目前他仍没有方法将这种糖物质转化为生物燃料。这项转化为生物燃料的技术至关重要，它将减小制造生物燃料的农作物生产压力，并能使谷物和水稻等主要农作物价格保持稳定。
温德尔说：“这种人造泡沫的设计灵感源于生活在南美洲的泡蟾，泡蟾的巢穴可产生大量富含蛋白质的白色泡沫，这种蛋白质并不会对泡蟾卵细胞膜产生 破坏作用。白色泡沫中含有11种不同的酶，这些酶成份来自于细菌、植物和真菌。该泡沫混合二氧化碳转化为糖物质的速度远超过普通发电厂的减排装置。”
5、新型纳米材料――可食用又环保
事件：据发表于《应用化学》杂志的一篇论文，美国西北大学的一个研究小组研发出了一种新型的金属有机骨架（MOFs）纳米材料，它由玉米淀粉和钾盐的化合物结晶而成，不仅能吸收和存储气体，用于食品工业和医疗技术领域；最神奇的是，该材料对人体和环境完全无害，可以像糖、盐等一样被人食用。
研究由西北大学温伯格学院文理学院信托委员会化学教授弗雷泽斯托达特领导，新型可食用的MOFs原材料包括伽马-环糊精、氯化钾或苯甲酸钾、美国常青酒等。
金属有机骨架（MOFs）技术“诞生”于1999年左右，MOFs是一种有序的、格子框架晶体，由有机分子与节点连接而成，节点通常是铜、锌、镍或钴等金属。在它们的大孔隙里，MOFs能有效地存储如氢气或二氧化碳等气体，这在工程科学上具有独特的用处。
斯托达特表示，在MOFs中，均匀对称非常重要。天然材料通常都不具备均匀对称性，所以很难结晶成高度有序而多空的框架材料。但伽马-环糊精解决了这一难题：它由8个不对称的葡萄糖残基排列成一个环状结构，这本身形成了一种对称。把伽马-环糊精和钾盐溶化在水中，水分和酒精的蒸发会使混合液结晶。
得到的结晶呈立方体状，由6个伽马-环糊精分子在三维空间连接钾离子构成，形成一个多孔骨架，通透性良好，非常适合作为气体或小分子的吸收材料。孔隙部分占了整个固体的54%。研究小组认为，这种前所未有的形状将对称和非对称两种形态嫁接在一起，这种结合方式在其他材料领域也有推广价值。
研究人员表示，目前，大部分MOFs使用石油化工材料制作而成，既昂贵又耗时，而新研发材料的主要成分是纯天然的玉米淀粉分子，制造简单，而且环保可再生。该材料吃起来有点苦味，但它完全无毒，可为氢动力汽车提供非常环保的储氢材料。
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6、“茶叶衬衫”――或成时尚新风标
事件：英国科学家和时尚设计师最新研制出了一种茶叶织物材料，由这种材料制作的新型“茶叶衬衫”或将成为未来时尚服装的新风标。
由茶叶制成的革质材料非常轻，可用于制作衬衫、夹克、服装，甚至鞋子。英国伦敦帝国理工学院和伦敦艺术设计学院的科学家共同研制设计了这种茶叶服装材料，当前伴随着棉花、羊毛和皮革等传统服装材料需求日益增多，这种创新型茶叶服装织物是一种不破坏生态环境、可持续性材料，对于服装行业具有十分重要的作用。
7、“海藻”布料――以海藻酸盐为原料
事件：青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地的科研人员经过多年研究，成功从海藻中提取纤维，纺成丝线并织成布料，在海洋中开辟纺织纤维的第三来源。
经过４年时间的反复实验，我国研发人员成功利用海藻提取海藻酸盐为原料，以水做溶剂，用特殊设备制出了强度高、性能好的海藻纤维，并成功纺成布料。
基地副主任夏延致表示，到目前为止，研发人员已经可以从多种藻类中提取纤维，包括褐藻、琼胶原藻、卡拉胶原藻，甚至是多次在黄渤海近岸海域堆积成灾的浒苔等。
由于取自海洋，海藻纤维具有本质阻燃性，同时，纤维中含有大量的金属离子，可有效屏蔽电磁波，起到防辐射的作用。夏延致说，海藻纤维的这些有利特性加上良好的纺织加工性能，使它不但可以做成普通的衣物，还可以用于制造消防服、防护服、医疗服等特殊用途的服装。
目前，这一研发技术已获得国家“８６３”、国家发改委纺织专项、国家自然科学基金、山东省重大成果转化等项目的支持，已申请十余项发明专利，并有３项获得授权，经国内多名院士和知名专家鉴定，成果达到国际领先水平。
8、新型生物塑料――“遇土即化”
事件：在超有人气的《美国偶像》节目的间隙，一则颇具创意的产品广告吸引了很多年轻人的注意。一包“阳光薯片”(Sun Chips)掉落在地上，然后随着泥土渐渐变暗，最终不见了踪影。这是百事旗下Frito-Lay公司与Natureworks公司合作推出的全球第一个百分百可降解的塑料产品，“阳光薯片”的新包装在高温、潮湿的堆肥环境下，14天之内便可以完全降解。
这种塑料不再需要从石油中提取原料，而是百分之百地从植物中提炼。
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9、新型塑料包装品――可溶解于水
事件：英国科技人员开发出了一种可以溶于水的新型塑料包装产品。一家名为Cyberpac的包装公司在英国民间创新活动中，通过以与该行业的杂志《创意评论》签署交易协议的方式，发布了其被称为“无害分解”（Harmless-Dissolve）的新型聚酯包装体系。
据介绍，一些高分子塑料需要数百年的时间才能分解，这意味着人类生产的塑料将长时间存在于地球上。消费者使用的80%的塑料垃圾最终都运至垃圾填埋场，且仅有7%被回收。仅以英国为例，该国每年产生3000万吨生活垃圾，其中590万吨为包装品。而在苏格兰，从96%的死海鸥的胃里都能发现塑料垃圾。
如今，这种“无害分解”新型塑料包装产品由水电分解基质制成，其强度比一般的聚乙烯高出5倍。它是一种可溶于水的高分子，可以在堆肥环境、洗碗机或洗衣机中进行完全的生物降解。
这种包装产品没有有害的残留物，并且将分解为昆虫所喜爱的天然物质。它是无毒的，并且可以通过微生物、霉菌和酵母菌降解。
这些有机体可以在人工环境――如厌氧消化池，以及堆肥和自然环境――如水生系统和土壤――中存在。微生物通过产生多种可以与“无害分解”相互作用的酶而将其作为食物来源。最终，包装袋变成二氧化碳、水和生物质。
10、新型黏合剂――以淀粉为主料 黏性可“调”
事件：英国约克大学研究人员最新研发出一种黏性可“调”的黏合剂，应用这种黏合剂的方块地毯等产品在废弃后可方便地将其中材料互相分离，有利于回收利用和保护环境。
他们研发的这种新型黏合剂以淀粉为主要原料，本身便具有天然环保的特点。经过特殊处理后，其黏性可以因所处环境中酸碱度的不同而改变，因此应用这种黏合剂的产品废弃后，其中的各种材料可以方便地被分离和回收利用。
研究人员用目前市场常见的方块地毯进行了实验，结果显示，这种黏合剂在通常环境中可以将方块地毯的尼龙纤维层和沥青基底层紧密黏合，其强度与传统黏合剂相当，但只要简单改变环境酸碱度，各层次的不同材料就可以被方便地分开。
领导这项研究的詹姆斯克拉克教授说，目前方块地毯中使用的黏合剂其黏性无法改变，废弃地毯中的有用材料难以分离和回收，通常只能焚烧或掩埋，污染环境。这种可“调”黏合剂非常便于废弃产品的回收，具有良好的应用前景。
