新型超材料能通过遥控改变尺寸和形状

科技日报记者 张梦然

由美国莱斯大学领导的研究团队开发出一种新型超材料，兼具柔软性与高强度，能够通过远程控制快速改变其尺寸和形状。这一成果有望赋予体内医疗设备全新的能力，标志着可植入和可摄入医疗设备领域的一项重大突破。相关论文发表在最新一期《科学进展》上。

超材料是一类人工合成结构，其特性并非主要来源于化学成分，而是由其微观结构的几何形状、排列方式和尺寸大小来决定，因而能够展现出自然界材料所不具备的独特性能。

此次设计的新型超材料，实现了在极度柔软的同时兼具稳定性和可变形性，这种组合优势是此前同类软材料所没有的。该超材料表现出卓越的机械强度，可承受超过自身重量十倍的压缩载荷，并在远超生理条件的温度变化以及强酸等恶劣化学环境中保持稳定性能，展现出极强的耐久性。

团队通过在材料结构中引入梯形支撑段和加强梁等特定几何特征，将“多稳定性”编程到软结构中，使其能够以多种稳定状态存在。这些结构形成“能量屏障”，使材料在外部驱动力消失后仍能锁定在新的形态中，持久保持形状。该超材料采用3D打印制造，构建出很多相互连接的微结构单元，每个单元可在“打开”与“关闭”状态之间快速切换，且切换后无需持续供能即可维持新形态。

通过将多个这样的基本单元像积木一样组合，团队构建出复杂的三维结构，不仅能够整体变形，还能在外部磁场驱动下产生类似蠕动的运动。尤为关键的是，即使在长期暴露于机械应力和模拟人体胃部的强酸腐蚀环境后，该材料仍能保持功能完整性。

这种可远程调控形状与尺寸的超材料，有望在医疗领域实现精确定位、靶向药物递送或在体内特定位置施加可控的机械刺激。目前，团队正与外科医生合作，致力于设计无线流体控制系统，以应对当前临床中尚未满足的重要医疗需求。