自愈式反向过滤器为许多新应用开启了新大门

宾夕法尼亚州立大学机械工程师团队研制的一种充当反向过滤器的自愈膜就像科幻小说中的一样，可以阻挡住小颗粒但允许大颗粒通过。

机械工程研究生Birgitt Boschitsch说：“传统的像那些用来制作咖啡的过滤器，允许小的物质通过，同时会保留体积较大的物质。”

然而，她和研究小组的成员却研制出了完全相反的稳定液体材料，这种材料在允许较大物体通过的同时，可以筛选出较小的物体。这项研究发表在8月24日的《Science Advances》在线期刊上。

这个团队实验了该液体材料的独特特性。

“如果你把手指放进一杯水里拿出来，水面就会自我修复”，沃姆利家族早期职业教授、机械和生物医学工程助理教授Tak-Sing Wong解释说。

这种新开发的膜与上述情况是相同的，但是不同于传统的过滤器，这并不依靠物体的大小进行分离。相反，它根据物体的运动或能量。

Wong说：“通常情况下，较小的物体与较小的质量有关，其动能较低。因此，具有较高动能的较大物体将通过膜，而具有较低动能的较小物体将被保留下来。”

此外，当物体通过时，薄膜会包裹住物体，使得薄膜在物体穿过后的上面完全自愈。

最简单的形式，该膜可以由水和稳定液体与空气界面的物质形成，并且具有类似于生物细胞膜的结构。为了创建初始原型，团队运用了一个简单的皂膜。然后可以对这些组分进行改性和优化，以服务于独特的目的，例如增强机械稳定性、抗菌性或者调和气味。

Boschitsch解释说：“你可以添加一些成分来延长膜的使用寿命，或者添加一些成分来阻挡某些特定的气体。为了应用感兴趣的剪裁膜，有无限的潜在添加剂可供选择。”

展望未来，研究人员设想了许多创造性的，供现实世界应用的膜。如果在偏远地区或军事战场上手术室不洁净的情况下，医生需要进行开放手术，那么这种材料可以充当手术膜，来帮助复制手术室安全操作所需的清洁环境。

这种膜不仅可以起到颗粒屏障的作用，而且其自愈特性还允许如外科手术医疗器械远离污染物通过该膜。

“这种膜过滤器可以潜在地防止细菌、灰尘或过敏原到达开放伤口，同时仍然允许医生安全地进行手术，这种情况成为了可能，”Wong说。

这项研究也会影响到有卫生状况问题的发展中国家。

Boschitsch解释道：“世界上仍有10亿人因为许多原因公开排便，其中一个结果就是厕所闻起来很臭，但是，如果这种技术能够应用于那些厕所，那么固体废物就可以通过薄膜，同时产生的异味气体会被截留下来。”

这是潜在的对现实世界的影响，这也激励着团队人员。

Boschitsch说：“我一直对开发能直接帮助人们的技术感兴趣，例如，在发展中国家，做一些能够解决人类面临的挑战的事情，我觉得很有意义。”

展望未来，该小组计划进一步开发具有增强功能特性的膜，并与其他研究人员合作，测试和调整适合该膜的实际应用。“探索永无止境”Wong说。

原文来自：Science Daily，原文题目：Self-healing reverse filter opens the door for many novel applications，由材料科技在线团队翻译整理。