【智能液晶高分子薄膜会变色、有记忆、能自愈】科技日报:前主流的变色材料主要由无机分子或者可变色的染料分子构成。天津大学封伟教授团队用高分子制备出一种厚度只有200微米,具有变色、记忆和自愈合功能的智能变色液晶高分子薄膜,这种薄膜在多个领域展现出应用前景。

新买的包包可以随意变换颜色,不小心刮破的衣服能像皮肤一样愈合……这些似乎只在科幻电影里出现过的场景,如今已逐渐成为现实。

日前,天津大学封伟教授团队成功研发了一种新型智能材料——智能变色液晶高分子薄膜(以下简称薄膜)。这种新材料不仅能变色,还有形状记忆和自愈合功能。相关研究被选为封面文章刊发在国际期刊《德国应用化学》上。

通过液晶分子周期排列实现材料变色

在神奇的自然界中,许多生物经过亿万年的自然选择和进化,逐渐演变出自适应变色伪装能力,以便能随时躲避天敌。

比如变色龙就能够通过主动控制细胞层内部的纳米晶体排列结构,根据周围环境实现自身颜色的变化,达到与背景颜色匹配的目的。

研究发现,变色龙处于平静状态时,其细胞层内部的纳米晶体的排列是紧密的,可以特异性地反射短波长的可见光;而面临紧急情况时,变色龙就会通过机械力作用,主动控制晶体的疏密程度,使晶体的排列变得更加松散,选择性反射波长更长的光。

“这些生物体独特的表皮微纳光学结构及其自主动态变色的机制,为我们开发新型仿生智能变色材料提供了丰富的灵感。”天津大学材料学院高分子系教授封伟说。

近年来,国内外研究团队在仿生变色龙的智能变色材料方面取得了一系列重要进展。胆甾相液晶等手性液晶材料是一类具有周期性螺旋超结构的手性软光子晶体,不仅能选择性地反射不同波长的可见光,还能够灵敏地响应力、热、电、光、磁等环境刺激变化,呈现出结构色的动态变化。

封伟团队在此基础上,将动态共价键分子与液晶单体混合,通过溶剂挥发的方法使液晶单体分子自组装成周期排列的胆甾相液晶结构,最后通过光照聚合得到一种厚度只有200微米,具有拉伸变色、形状记忆功能和自愈合功能的液晶高分子薄膜。当前主流的变色材料主要由无机分子或者可变色的染料分子构成,通过有机高分子构筑的变色材料比较少见。

“根据布拉格反射公式,材料的反射波长与材料的微观结构排列周期是正相关的,光照到材料上时,只有特定波长的光能从材料中反射出来形成颜色,这种颜色俗称结构色。”封伟介绍,与染料的颜色不同,这种结构色会更加鲜艳、更加稳定。

薄膜内部的液晶分子是周期排列的。在拉伸薄膜时,材料内部液晶分子的排列周期会变短,因此会导致反射出来的颜色发生变化,这一变色机理与变色龙皮肤颜色的变化机理类似,薄膜的结构色可在可见光谱范围内进行动态调节。

引入动态共价键让薄膜有记忆能愈合

团队还将动态共价键分子引入液晶高分子中,使得薄膜具有形状记忆功能和自愈合功能。

“薄膜还拥有‘记忆编程’的特性,可以被拉伸成螺旋形、波形、圆柱形和更复杂的二维或三维形状并保持不变,当薄膜加热到相变温度以上后,又能恢复到最初的形状。”封伟解释说,这是因为加热激活了动态共价键发生键交换反应,使液晶高分子在网状结构内部形成新的拓扑结构。利用这种特性,他们通过反复将材料加热到100℃和冷却到25℃,让材料实现了在三维形状与二维形状之间以及不同颜色之间的可逆转换。

此外,因为在高分子网络中加入的动态共价键,遇到水分子后会发生断裂,水挥发后,动态共价键又会进行重组恢复初始状态,这样薄膜就拥有了自愈合的能力。

这种薄膜的自愈能力十分惊人,而且自愈后仍然非常结实。团队将薄膜切成两部分后,在损伤界面滴加水后,室温下放置24小时,分开的两部分会自动愈合,愈合后的薄膜被拉伸到原始长度的180%也不会断裂,并能承受自身1000倍的重量。

这项研究为制备兼具力致变色、形状可编程和高效自愈合等特性的液晶高分子材料提供了一种既简单又通用的方法,有望为开发仿生变色伪装材料、自适应光学系统和软体机器人等开辟新的方向。

媲美变色龙皮肤的“超级材料”用途广

经过几十年的研究与发展,智能变色材料的应用已经拓展到日常生活各个领域。比如,美国一家公司曾将热致变色性涂料用在陶瓷杯上,室温时陶瓷杯上的夜景,在倒入热水后会变换成日间景象,通过图案的变化就能知道杯子内水的冷热情况。

“具有结构色的材料已经在生活中有广泛应用。”封伟举例说,在轮胎边缘加入合适的变色高分子材料能制成智能轮胎,当外界温度或内部温度超过轮胎的正常使用温度时,智能轮胎会变色以示警告;变色高分子材料还可用于制作变色车窗玻璃、变色油漆,尤其是变色车窗是近十几年发达国家竞相研究的重要课题,目前,已有电致变色的调光玻璃应用的报道,而光致变色和热致变色的智能车窗玻璃还在进一步研制之中。

智能变色材料还可以做成能指示冷热的智能用品,例如将智能变色涂料镀膜在木材、金属、陶瓷等基材上,可做成能指示冷热用的变色茶杯和婴儿用的汤勺、奶瓶等。

另外,可变色的圆珠笔油、变色指甲油、变色儿童玩具、热敏体温计等产品都已经问世,这些产品极大地丰富了人们的生活。

防伪技术的研究历来就是一个受到普遍关注的课题,迄今为止,防伪领域所采用的方法多为激光防伪,使用设备昂贵,造价高。“而基于智能变色高分子材料的防伪方法具有操作简单、识别方便、成本低等特点,在技术保密性和防伪有效性等方面都有较大的优势。”封伟说。

目前,化学防伪标记一般直接印刷在商标、标签、封签或外包装上,因此制作化学防伪标记的关键是制备防伪印刷油墨,制备这种油墨的变色材料需要耐久性好、成本低,其变色发生的温度及变化的颜色要具有可选择性,因此智能变色材料也是化学防伪标记的首选材料。

将智能变色材料涂在织物上还可以做成变色服装,这种衣服穿在身上,会随着季节不同、地区不同、温度不同而呈现出不同的色彩。这种智能变色材料同样也可以用于桌布、窗帘等各种变色纺织品的生产。

“未来我们计划制备出仿变色龙皮肤的变色伪装材料,使材料的颜色能够与背景环境的颜色相匹配,实现变色伪装的目的。”封伟说。

此外,很多高分子材料如橡胶、塑料、涂料、纤维等都是重要的工业材料,每年磨损消耗巨大,而让这些材料拥有自愈合的能力,就可以提高它们的使用寿命,从而产生巨大的经济和社会效益。

不仅如此,我们生活中的很多高分子材料如塑料、橡胶等在长时间使用后会破损,如果这些材料能够自愈合,那么它们就会有更长的使用寿命,有利于减少环境污染和资源浪费。

“不过目前这种智能变色液晶高分子薄膜还处于实验室研究阶段,没有实现工业化生产。”封伟介绍,这是因为在制备方法上现在还有很多技术不成熟,如何精确控制液晶单体分子自组装,实现大面积、均匀的、明亮的结构色,这些仍是目前面临的难点。

吃燕麦能减肥:超市那么多种燕麦,哪种才减肥?
燕麦是值得推荐的谷物,受欢迎度也一直很高,它以高蛋白、高膳食纤维跻身于健身减肥、糖尿病等。但是,如果选错了,小心背道而驰。
超市里那么多种燕麦,真的让人有点分不清,想要减肥和调控血糖,到底哪种才减肥?
一、为什么把燕麦推荐为减肥食物
明明燕麦的热量很高,为什么还要把它视为减肥食物呢?
从我们减肥热量查询库查询燕麦片的热量,它的确是比大米还高。
但为什么还要推荐?因为燕麦富含膳食纤维,它的膳食纤维含量为:12g/100g,我国膳食纤维的建议摄入量是25g/天,所以它是很好的一款减肥食物。
燕麦中有一种神奇的东西:β-葡聚糖,它的粘度超高,消化速度很慢,所以吃它能有较强的饱腹感。
对于精加工的大米和白面,它们的消化速度很快,餐后血糖急剧上升,极易促进甘油三酯的形成。
所以,燕麦片就渐渐成为了我们减肥的必备食物。
二、燕麦减肥的优点和缺点
燕麦片的优点:
1、每30g燕麦中含天然抗氧化剂、脂肪酶、可溶性膳食纤维;
2、它是营养极高的一种食品,含蛋白质达15%,水分9.2%,碳水化合物66.9%,以及磷、钾、钙等元素,能够补充能量和人体所需的蛋白质;
3、可任意添加自己喜欢的健康佐料:牛奶、坚果、鲜果、蜂蜜等,醇厚的麦香不仅口齿萦绕、更能喂饱你的胃和健康。
燕麦片的缺点:
1、加工程度越低的燕麦,需要烹制的时间越久;
2、吃多了易导致胃痉挛或者胀气;
3、仅靠燕麦片来减肥很伤身,如果仅仅依靠吃麦片代替其他食物,会引起营养不良、内分泌失调等问题;
4、燕麦减肥见效时间长,虽然燕麦片可以通过增加饱腹感来达到减肥的效果,但这也是需要很长一段时间才能看出来。
三、燕麦的种类
市场上的燕麦,根据煮食的麻烦程度,可大致分为3类:
1、需要煮的燕麦米
这是市场上加工程度最低,也是营养保存得最完整的燕麦。
燕麦米吃起来饱腹感强,而且非常粘稠,这是β-葡聚糖所致,β-葡聚糖有降低胆固醇、控制血糖、调节肠道等功效,燕麦米的健康功效是这几种燕麦中最大的。
燕麦米比较难熟,用高压锅至少要煮个45分钟左右,可以加入大米或其它各种五谷杂粮豆类。
超市销售燕麦片的货架上,一般较难找到燕麦米的身影,可尝试去卖散装杂粮的地方找找。
2、需要煮的燕麦片
这种燕麦片是用燕麦粒压扁制成的,一般分成传统燕麦片和快熟燕麦片两种,后者加工得更深,压得更薄,质地更软。
它在营养上虽不如燕麦米,但其蛋白质含量仍然高达12%~15%,而且富含膳食纤维、钙、钾、不饱和脂肪酸等营养成分,还含有具有保健功能的β-葡聚糖。
这种燕麦片比燕麦米更好煮,传统燕麦片需要煮10分钟左右或微波炉加热3-5分钟,快熟燕麦片煮的时间更短,或放入微波炉高温煮1-2分钟就可以了。吃的时候还可以加入牛奶、豆浆、干果、鸡蛋、肉类等。
3、开水即食的燕麦片
这是市场上最常见的一种燕麦片,它在加工程度比前两种都深,营养价值上比需要煮的燕麦片可能稍逊色些,看起来更散碎,但仍看得清形状。另外,在包装上通常有“即食”或“免煮”的字样。
这种燕麦片不需要加热,直接加入80℃以上的热开水泡5分钟左右,可以根据个人喜好加入牛奶、豆浆、干果、鸡蛋、肉类等。
还有不完全是燕麦的产品:
1、冷牛奶也能泡的“谷物早餐”
这类产品大多经过膨化处理,口感非常脆爽。
在谷物成分上,除了燕麦,还有大米、大麦、小麦等谷物,因而燕麦的健康功效比较低。
不过,它强化了维生素、矿物质等营养素,而且食用方便,加入牛奶、酸奶、豆奶、豆浆等即可食用。
2、速溶的“营养麦片”
营养麦片不一定是以燕麦作为主要谷物(甚至不添加燕麦),也可能以小麦、大米、玉米等作为主要谷物,并加入植脂末(奶精)、白砂糖、麦芽糊精、食用香精等。
营养麦片在营养价值上远不如纯燕麦片,它的蛋白质含量一般不高于5%;糖分更多,血糖生成指数升高,饱腹感降低;
植脂末的添加也可能带入反式脂肪酸,过量的反式脂肪酸可引起人体血脂代谢异常,升高“坏胆固醇”、降低“好胆固醇”,从而增加心血管疾病发生的风险,也可能增加糖尿病、肥胖等慢性疾病的患病风险。
四、如何判断是否为纯燕麦片
判断是否为纯燕麦片,可以先看配料(表),是否只有“燕麦片”或“燕麦”或“100%纯燕麦”这样的字眼,如果是,就是纯燕麦片;
再看看营养成分表,纯燕麦片的蛋白质含量一般为12%以上;另外,纯燕麦片的包装相对简单,一般不是很起眼,当然这不绝对。
此外,挑选燕麦片时,同类产品尽量选蛋白质、B族维生素等更高者;生产日期越近越好,有机、绿色的更佳,是否进口看个人喜欢。
五、减肥人群该怎么选择燕麦片
1、方便烹调的人,建议首选需要煮的燕麦米或燕麦片;
2、不方便烹调的人(如学生党、忙碌上班族),以及那些消化不良的人,建议选择开水即食的燕麦片(当然,也可选择冷牛奶也能泡的“谷物早餐”);
3、减分人群首选需要煮的燕麦米或燕麦片。
六、如何烹食燕麦才减肥
1、燕麦酸奶
酸奶能促进肠胃蠕动,缓解便秘减轻体重,还具有较强的饱腹感,而燕麦富含维生素B等,有利于加快新陈代谢速度,清热通便,对减肥很有益。
2、水果燕麦酸奶
午餐和晚餐可以吃这个水果燕麦酸奶,燕麦酸奶中加入了水果,让你吃的时候不会感觉到腻,而且水果不但能帮助减肥,还能美容。
3、蔬菜燕麦
蔬菜含有大量的维生素和矿物质,能帮助提高身体免疫力,还能帮助消化,加上酸奶、燕麦的结合,减肥效果更佳。

#胃癌#
胃癌患者避坑指南:小心这几种术后并发症!
治疗胃癌,手术是最为关键的一环,也是大多数胃癌患者所必选的治疗方式。但是胃癌手术后造成胃肠道的生理改变、消化功能改变以及代谢障碍,或者手术操作的关系,可能会发生一些并发症。

胃癌患者避坑指南:小心这几种术后并发症
胃癌术后常见并发症

1.1%的患者可能发生胃出血,大多为术后吻合口出血;

2.1%可能出现梗阻,如吻合口梗阻或肠梗阻;

3.0.6%可发生倾倒综合征;

4.0.5%可能发生吻合口或十二指肠残端瘘,多系吻合口生长不良引起;

5.0.12%可发生内疝。

胃癌患者避坑指南:小心这几种术后并发症
胃出血

这种情况,这种情况需要及时进行治疗,主要是输注止血药物以及及时补充血容量,避免发生低血压而导致休克的可能,甚至危及生命。目前需要禁饮禁食,平时需要注意少量多餐的进食,食物应该软细,流质为主,避免进食硬的以及带骨头的食物,而出现局部黏膜的损伤。

梗阻

胃癌术后出现肠梗阻,如果是粘连性肠梗阻,大多数患者经过保守治疗,禁食水、肠外营养支持、静脉输液以后,可能会自行缓解。建议这部分患者到医院就诊,做相关的检查以后,进行合理地治疗。

如果是机械性肠梗阻,如果出现肠梗阻的表现,建议及时到医院进行相关检查,部分患者可能需要进行再次手术治疗,才能解决肠梗阻。

胃癌患者避坑指南:小心这几种术后并发症
倾倒综合征

倾倒综合征不单单发生在胃癌术后,也可以发生在胃的良性病变行胃切除以后。倾倒综合征从理论上讲一般指吻合口偏大,食物过快进入小肠。从症状上讲,病人表现肠鸣音亢进,进食后病人大汗、虚脱,甚至于呕吐。这种情况常称为倾倒综合征,只要是胃大部切除术后,都可以发生这种症状。预防的角度说,病人做完手术强调少量多餐,饮食间隔2-3个小时。高糖饮食要避免,过稀饮食每次量不要超过100-200ml。进食后希望能通过适当活动让病人有消化的感觉这么个过程,则不容易发生这种症状。

十二指肠残端瘘

胃癌手术出现十二指肠残端瘘属于手术后的并发症,导致残端瘘的原因比较多,例如营养不好、肠道内压力增高等情况导致的。常规手术后是需要在十二指肠残端瘘处放置一根乳胶引流管,引流管的目的主要还是在于观察十二指肠是否会出现瘘的情况。

主要的症状为引流管引流液增多,呈黄色胆汁样改变伴有肠液的情况,严重的情况下是可以出现发热。

内疝

胃大部切除术后内疝多发生于手术后的早期,最短者为术后2天,约半数发生于手术后1个月内,1/4于手术后第2~12个月之内发生,余数发生在手术1年后。大量临床资料证实,胃手术后十二指肠残端破裂、肠梗阻、内疝等并发症均可引起血清澱粉酶升高,容易误诊为术后急性胰腺炎。

胃癌患者避坑指南:小心这几种术后并发症
面对胃癌,我们每个人都应提高警惕。胃癌患者在化疗前肠道菌群就已处于失衡状态,化疗药物可抑制肠道正常菌群生长,使肠道内正常菌群数量进一步减少,导致肠道菌群失调加重。

对于癌症患者来说,更应该注重平时的生活管理,除了心理、运动、饮食等,在胃癌的治疗中,随着通过应用微生态调节剂来减少化疗所致的诸多不良反应的相关研究逐渐深入,近几年来,微生态调节剂在临床上的应用越来越广泛,已经被广大医师和患者所认可和使用,并日益显示出其突出的优势。微生态菌群也对患者康复起到了关键性作用。建议使用微生态疗法,补充脆弱拟杆菌BF839,帮助人体缓解放化疗毒副作用,抑制肿瘤细胞生长,重塑自体免疫微循环。

我是营养科谭涛峰主任,专注分享医学、癌症康复方面相关知识,如有微生态调节等相关疑问欢迎关注、留言,有问必答。


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