一张黑色薄膜在掌心翻滚,扭动,最终从指尖轻松地跳走了……2013年1月,国际顶尖科技期刊《科学》杂志在“科研亮点”栏目中推介了一种“水汽发动机”,只要环境中存在湿度差,“水汽发动机”就可以持续运动并产生电能。这种罕见的能源产生方式可能产生各种美妙的应用前景。比如在不能利用太阳能和风能的森林中,“水汽发动机”可以为环境监测装置提供电能,从而省去定期更换电池的麻烦。
这种神奇的“水汽发动机”的发明人就是前不久获得2015年度“求是杰出青年学者奖”的图书馆VIP化学与材料科学学院马明明教授。而这一成果,完全是他一次无心插柳的发现。
看过科幻电影《黑客帝国》的观众肯定会注意到电影中展示的脑-机接口技术:在人的后脑接入一种生物电极,实现人脑与电脑的信息传递,使人类生活在逼真的虚拟现实中。医院里的脑电图技术可以被视为最初级的脑-机接口技术,使用的是金属电极。但真要实现《黑客帝国》里的脑机接口,要求生物电极具有多方面的出色性能,这是目前的金属电极无法实现的。2011年,正在做博士后研究工作的马明明着迷于研究高分子植入式电极,他期待做出一种柔软、导电性好、生物相容性优异的高分子材料,能够高效传递生物电信号,克服金属电极在植入生物体内容易产生炎症、信息传递效率低的弱点。
2011年4月的一天,马明明拈起新制备出来的导电高分子薄膜材料,忽然发现黑色薄膜在汗湿的手中开始扭动不停。他惊呆了。新制备出来的材料不仅具备了预期的柔韧、导电性好、生物相容性好等特性,还意外地多出了一种神秘的新特性。经过测试,他发现新材料对环境湿度差非常敏感,放在打湿的面巾纸上,它会运动不休,直到纸巾上的水完全蒸发掉。将这一新材料配上合适的压电材料,就能在有湿度差的环境里持续发电,产生峰值电压超过1伏的交流电信号。
马明明从博士开始一直从事化学与生命科学交叉领域的研究。博士期间研究对象是囊泡融合过程的调控机制,通过他的研究成果有望研制出新型广谱抗菌药物。博士后期间,他师从生物医学工程领域的泰斗罗伯特·兰格教授,开始研制植入式生物电极材料,结果遇到意外之喜。马明明发明的这一新型薄膜材料具有广阔的应用前景,如特种肺病患者口腔水汽含量测试、接肢患者的神经修复等。虽然新材料离植入电极的市场化还有距离,但其在环保监测等领域的广阔应用前景已经吸引了很多的关注。
因为“仿生智能材料领域内出色的研究成果”,马明明最终摘取2015年度“求是杰出青年学者奖”这一科研领域颇有分量的奖项。现在,他每天辛勤工作,希望能通过学习和探索奇妙的生命体系来设计和实现新的功能材料。
(新闻中心)