近日,中国科学院理化技术研究所低温生物与医学实验室与清华大学医学院联合小组,应《国际材料学评论》之邀,基于其十余年来在液态金属材料学与生物医学工程学领域的长期实践和积累,撰写了专题评述论文首次系统地提出并构建了液态金属生物医学材料学新领域。
在这篇在线发表的题为《液态金属生物材料学:应对当代生物医学挑战的新领域》的论文中,作者们总结了液态金属作为生物医用材料所呈现的独特优势和应用特点,对国内外在液态金属生物材料学方面的研究概况与典型进展进行了系统归纳和综合评述,并剖析了这一新兴领域所面临的科学技术挑战及未来发展方向。
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。
作为先行者,中科院理化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。特别是,他们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,由此带来了相应医学技术的观念性变革。
其中,首创的液态金属神经连接与修复技术,被认为是“令人震惊的医学突破”;创建的液态金属血管造影术、液态金属栓塞血管治疗肿瘤技术、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、液态金属柔性外骨骼技术、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,以及人体皮表电子电路液态金属直接打印成型技术等,也以其崭新的学术理念和技术突破性,引起业界广泛重视。
近期,理化所与清华大学联合小组还进一步推进了相应技术的进步。在发表于《科学通报》上的题为《液态金属作为外周损伤神经的再连接介质》的论文中,作者们将试验对象从之前的水生动物牛蛙拓展至更接近实际应用情形的哺乳动物小鼠上,将封装有液态金属的硅胶管与小鼠受损的坐骨神经两端缝合,由此建立了信号传导通路。系列电生理试验发现,经液态金属手术治疗后的小鼠与对照组相比,肌肉萎缩现象延迟两个月。
这项工作进一步验证了液态金属在神经修复方面的价值和潜力。
此外,联合小组还与北京协和医院合作,首次证实基于皮表液态金属电路传导的低压电学效应可有效治疗恶性黑色素瘤,相应论文以《基于皮肤液态金属印刷电子学的黑色素瘤电学刺激疗法》为题发表于《临床与转化医学》。研究中,作者们将液态金属喷涂于荷瘤小鼠的皮表上,作为一种适形性较高的电极来施加电场。
这种半液态化电极与传统刚性电极不同,材料制备及喷印过程十分快捷,且能更紧密地贴合于皮表以及更精准地将电场导往目标肿瘤部位。系列动物试验及病理切片结果显示,经适当频率和持续时间电学作用后的黑色素瘤体积显著缩小。新方法促成了一种液态金属柔性电子学治疗肿瘤模式的建立,未来可据此制造创可贴式的黑色素瘤电子治疗贴片。
近年来,液态金属的发展逐步渗透到多个领域,其在生物医学上的应用价值正日益显现。液态金属生物医学材料学的引入,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,可望催生一些变革性医疗技术体系的建立。