提到液態(tài)金屬，最被大家熟知的就是水銀。近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所和清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院聯(lián)合研究小組發(fā)現(xiàn)，液態(tài)金屬可在“吞食”少量物質(zhì)后以可變形機(jī)器形態(tài)長時間高速運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)無需外部電力的自主運(yùn)動，這樣可變形、可高能運(yùn)轉(zhuǎn)的液態(tài)金屬讓人不禁想到科幻電影《終結(jié)者》中由液態(tài)金屬制成的T-1000和T-X型終結(jié)者，這一針對液態(tài)金屬的最新發(fā)現(xiàn)很可能讓液態(tài)金屬機(jī)器人成為現(xiàn)實(shí)。

液態(tài)金屬，你陌生嗎？

有一些金屬由于熔點(diǎn)較低，在常溫下也處于液體狀態(tài)，例如大家熟知的汞，此外還有許多合金在室溫甚至在很低的溫度時也為液態(tài)，如鎵銦合金（以一定配比制成合金后，在室溫下即呈液態(tài)）。

在有些報(bào)道中我們也會看到液態(tài)金屬的身影，如此前媒體報(bào)道的液態(tài)金屬將應(yīng)用在手機(jī)中，這里的液態(tài)金屬其實(shí)是一種金屬玻璃，即在高溫金屬熔化后運(yùn)用技術(shù)將其液態(tài)化的原子狀態(tài)保留在其固態(tài)中，這樣的金屬在物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)上都同其本來固態(tài)化時有很大區(qū)別，如其能降低電能損耗，因此被運(yùn)用在電力、電子行業(yè)，有很好的節(jié)能性，此外還具有較高的抗腐蝕及高耐磨特性，運(yùn)用在手機(jī)中會增加手機(jī)的抗摔、抗劃能力。但這并不是真正意義上的液態(tài)金屬，其在室溫時并不是液體狀態(tài)。

液態(tài)金屬軟體生物

在清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系劉靜實(shí)驗(yàn)室，出現(xiàn)了這樣一幕：電解液中，直徑約5毫米的液態(tài)鎵金屬球，吞食了0.012克鋁之后，能以每秒5厘米的速度前進(jìn)。而在各種槽道中前行時，可以隨槽道的寬窄自動變形調(diào)整，遇到拐彎時停頓下來，略作“思考”后，蜿蜒前行。

它的神奇之處在于：“吃”食物、自主運(yùn)動、能變形、能“代謝”、易無縫組合、運(yùn)動方向可控，這些接近自然界簡單軟體動物的習(xí)性，讓劉靜把這一研究成果親切地稱之為“液態(tài)金屬軟體動物”。那么它的動力從哪兒來呢？

劉靜教授解釋稱，科學(xué)家此前發(fā)現(xiàn)“液態(tài)金屬機(jī)器”的“電驅(qū)動”現(xiàn)象，即電荷會改變液態(tài)金屬的表面張力，在內(nèi)部形成旋轉(zhuǎn)，因此控制電荷運(yùn)動，就能像車輪一樣驅(qū)動“液態(tài)金屬機(jī)器”往前走。而最新研究發(fā)現(xiàn)“液態(tài)金屬機(jī)器”會“吞食”鋁片作為產(chǎn)生電荷的“燃料”。

他解釋說，剛開始“液態(tài)金屬機(jī)器”并沒有外部動力，等“吞食”鋁片后（也可以理解為腐蝕），在電解液里形成原電池反應(yīng)，就能自行運(yùn)動了。如果運(yùn)動路線上還有一些鋁片，那么“液態(tài)金屬機(jī)器”走到那里也能順路將鋁片“吞食”掉。它的運(yùn)動速度并不慢，可以達(dá)到每秒5厘米，而且行動距離相當(dāng)遠(yuǎn)，在容器中可以走一個多小時。這一反應(yīng)提供了兩種推力，一個是液態(tài)鎵合金和活潑的鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，形成內(nèi)生電場，引起液態(tài)金屬表面張力不平衡，從而對易于變形的液態(tài)金屬產(chǎn)生強(qiáng)大推力；另一個是在上述電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氫氣也進(jìn)一步提升了推力，雙重作用產(chǎn)生了超常的液態(tài)金屬馬達(dá)行為。目前，實(shí)驗(yàn)室根據(jù)上述原理已能制成不同大小的液態(tài)金屬機(jī)器，尺度從數(shù)十微米到數(shù)厘米，且可在不同電解液環(huán)境如堿性、酸性乃至中性溶液中運(yùn)動。

神經(jīng)損傷的救星

液態(tài)金屬和醫(yī)學(xué)掛鉤，大多數(shù)人會想到將其運(yùn)用在醫(yī)學(xué)器械上，但如果將液態(tài)金屬植入生物體呢？

眾所周知，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遍布于人體全身，因而神經(jīng)損傷與斷裂在醫(yī)學(xué)上極為普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有多達(dá)100種以上的因素均可造成神經(jīng)破損。在生理學(xué)上，神經(jīng)再生是一個極為緩慢的過程，有時甚至需要長達(dá)數(shù)年的時間才能恢復(fù)切斷神經(jīng)末梢的互連。因此，盡管神經(jīng)損傷一定程度上可通過某種手術(shù)或物理方式加以治療，神經(jīng)纖維一旦被徹底切斷或破壞，唯一的希望只能是將這些分隔的末梢盡快連通。這是因?yàn)?，神?jīng)信號一旦持續(xù)中斷，患者對應(yīng)的肌肉功能即會隨之減退、萎縮，直至造成永久性的功能缺失乃至截癱。

當(dāng)前，治療周圍神經(jīng)損傷的“金標(biāo)準(zhǔn)”在于自體神經(jīng)移植，但卻受到供區(qū)神經(jīng)來源不足、供區(qū)神經(jīng)功能喪失，以及供區(qū)神經(jīng)結(jié)構(gòu)和尺寸不匹配等的限制。因此，尋找合適的神經(jīng)移植替代物長期以來成為神經(jīng)修復(fù)領(lǐng)域中的重大挑戰(zhàn)。近年來，顯微外科和納米材料學(xué)的發(fā)展為斷裂神經(jīng)修復(fù)帶來了新希望，但仍受到諸如導(dǎo)通能力不足、神經(jīng)功能恢復(fù)不暢等的制約。

迄今，在臨床醫(yī)學(xué)上逐步得到廣泛認(rèn)同的是，如能將恢復(fù)期的肌肉神經(jīng)信號持續(xù)高效地傳達(dá)至目標(biāo)，則將大大加速神經(jīng)的修復(fù)過程，并促成其保持原有功能。而神經(jīng)功能主要是通過電信號的傳輸和響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。正是出于這一考慮，研究小組基于十余年來在液態(tài)金屬材料學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的長期積累和實(shí)踐，首次提出了具有突破性意義的液態(tài)金屬神經(jīng)連接與修復(fù)技術(shù)，旨在迅速建立切斷神經(jīng)之間的信號通路及生長空間，從而提高神經(jīng)再生效率并降低肌肉功能喪失的風(fēng)險(xiǎn)。

劉靜教授的研究小組通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)提出了液態(tài)金屬神經(jīng)連接與修復(fù)技術(shù)。在題為Liquid Metal as Connecting or Functional Recovery Channel for the Transected Sciatic Nerve（液態(tài)金屬作為連接或恢復(fù)切斷坐骨神經(jīng)功能的通道）的論文中，研究小組首次證實(shí)了以液態(tài)金屬作為高傳導(dǎo)性神經(jīng)信號通路的可行性。通過建立牛蛙腓腸肌模型，采用液態(tài)金屬連接剪斷的神經(jīng)組織，借助微弱電刺激試驗(yàn)探明了液態(tài)金屬神經(jīng)傳導(dǎo)的優(yōu)勢。

結(jié)果表明，利用液態(tài)金屬連接的神經(jīng)模型能很好地傳遞刺激信號，與剪斷前的正常神經(jīng)組織在信號傳導(dǎo)方面具有高度的一致性和保真度，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的林格氏液。與此同時，由于液態(tài)金屬在X射線下具有很強(qiáng)的顯影性，因而在完成神經(jīng)修復(fù)之后很容易通過注射器取出體外，從而避免了復(fù)雜的二次手術(shù)。這一方法為神經(jīng)連接與修復(fù)開辟了全新方向。國際上諸多科學(xué)媒體紛紛對此加以評介，認(rèn)為是令人震驚的醫(yī)學(xué)突破。

液態(tài)金屬還會擁抱

液態(tài)金屬的自主運(yùn)動、能變形、導(dǎo)電等特性為研制實(shí)用化智能馬達(dá)、血管機(jī)器人、流體泵送系統(tǒng)、柔性執(zhí)行器乃至更為復(fù)雜的液態(tài)金屬機(jī)器人奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。由于“仿生物”液態(tài)金屬機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)不同形態(tài)之間的自由轉(zhuǎn)換，以執(zhí)行高難度的特殊任務(wù)，因此可以在未來廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療與科學(xué)探索等多種領(lǐng)域的多元場景。

劉靜說，由于智能材料可柔性好、自驅(qū)動、能變形，在傳感器的幫助下，可以讀取并模擬遠(yuǎn)方活體行為信息，實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)程握手”“遠(yuǎn)程擁抱”等應(yīng)用場景。這意味著分隔兩地的家人、愛人可以通過科技觸及對方，人和人的距離將因科技而變得更近。

（文章來源：中國科普網(wǎng)、清華大學(xué)新聞網(wǎng)、新華網(wǎng)、歐浦鋼網(wǎng)等）