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探索液态金属在生物医学与健康技术领域的应用

时间:2023-06-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:液态金属是一大类物理化学行为十分独特的新兴功能物质,然而其诸多属性和用途却长期鲜为人知,在生物医学与健康领域的作用尤其长期鲜为人知。液态金属材料由于自身广泛的适应性,正日益渗透到自然科学与工程技术的多个分支。在生物医学与健康技术领域,独特的液态金属更为此带来观念性变革。近期,国际上陆续有团队跟进,种种态势预示着液态金属生物医学材料学作为一个全新领域的崛起。

探索液态金属在生物医学与健康技术领域的应用

液态金属是一大类物理化学行为十分独特的新兴功能物质,然而其诸多属性和用途却长期鲜为人知,在生物医学健康领域的作用尤其长期鲜为人知。液态金属材料由于自身广泛的适应性,正日益渗透到自然科学工程技术的多个分支。在生物医学与健康技术领域,独特的液态金属更为此带来观念性变革。作为先行者,中国团队率先将液态金属推进到一系列重大生物医学难题和瓶颈的解决上(图1.20),直至系统提出并构建了液态金属生物医学材料学领域,由此带来了相应医学技术的观念性变革,有关成果在国际上持续引发反响。

长期以来,中国科学院理化技术研究所与清华大学联合团队在液态金属领域长期开展了大量研究,率先揭开了诸多全新的科学现象、基础效应和变革性应用途径,在广泛领域实现了全面突破,促成了若干高新技术产业的形成和发展。其中,首创的液态金属神经连接与修复调控技术,旨在迅速建立切断神经之间的信号通路及生长空间,从而提高神经再生效率并降低肌肉功能丧失的风险,成果被认为是“令人震惊的医学突破”(Most Amazing Medical Breakthroughs),此方面衍生出系列神经调控技术;创建的液态金属血管造影术,在国内外引起广泛反响,被认为“提供了前所未有的细节,采用相对简单的方法解决了无比复杂的问题”,相应技术对于探索有关动物器官的复杂血管微细结构较有价值。

此外,液态金属栓塞血管治疗肿瘤技术(图1.21)、碱金属流体热化学消融治疗肿瘤法、注射式固液相转换型低熔点金属骨水泥、刚柔相济型液态金属外骨骼(图1.22)、印刷式液态金属柔性防辐射技术、注射式可植入医疗电子技术、植入式医疗电子在体3D打印与注射电子,以及液态金属皮肤光热转换与电磁学、液态金属生物医学传感技术(图1.23)等,也因崭新学术理念和技术突破性,引起业界广泛重视。

迄今,液态金属生物医学方面的大量原创工作被众多国际知名科学杂志、专业网站及电视新闻,如New Scientist、MIT Technology Review、Daily Mail、Discover、News Week、Fox News、CCTV等专题报道。其中,液态金属神经连接与修复技术在世界范围内的影响尤为深远,论文公布不久通过Google搜索“liquid metal,nerve, China”有超出1200万条直接报道或间接转引条目。近期,国际上陆续有团队跟进,种种态势预示着液态金属生物医学材料学作为一个全新领域的崛起。这一领域的形成和发展,为一系列重大医学瓶颈的解决提供了富有前景的全新思路和途径,可望催生出变革性医疗技术体系的建立。

图1.20 液态金属生物医学材料学新领域所触及的部分生物医学挑战(www.xing528.com)

图1.21 液态金属栓塞血管治疗肿瘤技术原理(左)及动物试验中兔耳血管栓塞表征(右)

图1.22 液态金属可穿戴外骨骼或支具产品(图片来源:云南迈特力医疗技术公司)

图1.23 用于健康监测与评估的液态金属皮肤电子学与传感技术

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