欧美科学家研制出应变变色生物相容性材料

生物组织具有复杂的机械力学性能，柔韧但坚固，合成材料难以再现这些特性。近日，由法国国家科学研究院（CNRS）、欧洲同步辐射实验室（ESRF）以及美国科学家携手进行的一项研究制备出了一种具有生物兼容性的合成材料，不仅具备生物组织的力学性能，而且受力变形时其颜色会发生改变，就如变色龙的皮肤一样。研究成果发表于最新出版的《科学》杂志上。研究者表示，该新材料将推动生物医疗器械的发展。
为了制备医用植入物，需要选择与生物组织具有相似机械性能的材料，以防止炎症或组织坏死。由于皮肤、肠壁和心肌在内的许多组织非常柔软，但在被拉伸时会变硬。因此，迄今为止合成材料无法再现这种行为。

在这项研究中，研究人员用独特的三嵌段共聚物研制出了拥有生物组织特性的合成材料——一种物理交联的弹性体。他们发现，通过仔细选择聚合物的结构参数，该材料应变曲线与生物组织（这项研究中是猪皮）相同，且具有良好的生物相容性，不需要溶剂等添加剂。下图中，左上图为所合成的塑性体的分子结构；右上图为由塑性体组装的超分子结构；左下图为猪皮样品（横向或纵向截面）以及塑性体的应力-应变曲线；右下图为塑性体的颜色变化（边缘不太蓝是由于接收光线的角度不同）。

有趣的是，这种新材料还能在变形时改变颜色。科学家解释称，这一物理现象由聚合物结构的光散射引起。原子力显微镜和X射线衍射等数据表明，这些聚合物的末端嵌段组装成纳米球，分布于刷子样的聚合物基质中。光线会干扰这种微相分离结构，球体之间因为距离的不同而产生不同的颜色，所以当材料被拉伸时，就会改变颜色。同样的机制，在很大程度上解释了变色龙变色的原因。

研究人员表示，这种新合成聚合物的机械性能（弹性、应变曲线）和光学性前所未有，通过调节侧链的长度或密度，还可调节其特性，有望研制出医疗植入物或个性化假体（血管、眼内植入物等）以及具有全新应变能力的材料等。