具有时间开关的超分子材料

在他们生命结束的时候聚集自己然后简单消失的材料在自然界中是很普遍的。在慕尼黑技术大学的研究人员（TUM）已经成功开发了超分子材料，在预定的时间–分解功能，可以使用在许多应用。

塑料瓶、空罐、旧玩具、破旧T恤衫和破旧的手机——一天一天，人类生产了数百万吨的废物。我们怎样才能防止我们的星球在垃圾中窒息呢？

到今天，回收是选择的方法。但它是昂贵的：“到目前为止，大多数人造物质的化学性质非常稳定：分解他们回到他们的组件，必须花费大量的精力，”解释工作的Boekhoven，在TUM的超分子化学教授。化学家们受到生物过程的启发，正在探索另一条道路。

“自然不会产生垃圾堆。”。相反，生物细胞不断从回收的分子中合成新分子。其中一些分子组装成更大的结构，即所谓的超分子组装体，构成细胞的结构成分。这个动态的合奏启发我们开发的材料，处理自己的时候，他们不再需要。”

以自然为典范

人造材料和大多数生物材料之间的一个主要区别是它们的能量管理：人造材料与环境保持平衡。这意味着它们不交换分子和能量，从而保持它们的方式。

大自然按照另一原理工作：活的生物材料，像皮肤和骨头，也包括细胞，与环境不平衡。对于建筑、维护和修理，必须不断地输入能量和建筑块。

“一个能量源的一个典型例子是三磷酸腺苷，ATP为短，”Boekhoven解释道。”只要有足够的能量，损坏的部件和整个细胞可以分解和更换新的，否则生物死亡和分解成它的基本构建块。”

最后只是分子尘埃。

新材料boekhoven探索一个跨学科的化学家、物理学家团队，并在慕尼黑工大工程师是基于自然模型：分子积木最初是自由流动的，但如果能在高能分子的形式加入，超分子结构的形成。

一旦能量耗尽，它们就会自动解体。因此，生命周期可以由添加的“燃料”量来预先定义。在实验室里，这些材料可以在几分钟到几小时后自动降解。此外，经过一个循环，降解的物质可以通过简单地添加另一批高能分子来重复使用。

从实验室到实践

科学家们设计了不同的酸酐，组装成胶体，超分子水凝胶或油墨。在这些材料的化学反应网络转换成亚稳态的二羧酸酸酐亚胺不可逆转的消费驱动的“燃料”。因为他们的亚稳特性、酸酐水解为原来的二元羧酸酯的半衰期在秒的范围内几分钟。

因为分子根据它们的化学组成形成非常不同的结构，所以产生了许多应用的可能性。球形胶体，例如，可以装载水不溶性分子-这些可以被用来运送药物直接对癌症的肿瘤细胞。在任务结束时，胶体会自动溶解，从而在局部释放药物。

其他建筑块组装成长纤维结构，将流体转化为凝胶，并可用于稳定新移植的组织，使其在预定的时间内稳定，随后机体将接管这一功能。而且，精确定义的耐久性油墨可以由组装成星形组件的分子产生。

是否有可能建立一个仅仅在不再需要的时候就消失的超分子机器或移动电话？“这不可能是完全不可能的，”Boekhoven强调，“但仍有很长的路要走。现在我们正在做基本的工作。”

这项工作是由德国研究基金会（DFG）通过atums毕业生计划（阿尔伯塔/慕尼黑国际功能杂化材料研究所），合作研究中心SFB 863（在生物分子系统的力量）和卓越的纳米技术倡议慕尼黑集群（NIM），以及肿瘤研究所由德国卓越计划和欧盟第七框架计划资助的研究所。