不要为科幻小说中的主人公感到遗憾，因为他(或她)过着令人垂涎的生活。拥有令人难以置信的武器库，这位科幻英雄的世界是一个无害的、淡化了的可控事件的缩影——没有挑战、混乱和复杂。
从癌症、酗酒、失眠到饥饿、衰老，甚至死亡，人类所面临的每一种可能的威胁都有解决办法。还有一些自我提升的东西，比如面相面部变化模板、设计师眼睛、虚假记忆植入物和替代现实。
然而，这些灵丹妙药都比不上菲利普·k·迪克(Philip K. Dick) 1957年的短篇小说《无法重建的M》(the unm)中描述的变形机器刺客(尽管Crechepod的全套生命维持设备可能会为受害者争取一些时间)。在这个故事中，一个Ritz饼干盒大小的机器闯入了一间公寓，用一颗爆炸弹击中了一名男子的头骨，杀死了一名男子，然后变成了一个普通的家用电子设备，以避免被发现。
“‘准备好——他应该还在这儿。另一个声音，一个男人的声音，和第一个声音一样。大厅的门被推开了，两个穿着厚大衣的人故意冲进了公寓。当他们走近时，机器掉在厨房的地板上，水杯被遗忘了。出事了。它的长方形轮廓在流动和摆动;它把自己拉成一个直立的包裹，将自己的形状与传统电视机的形状融合在一起。
当其中一个高个子、红头发的男人朝厨房里瞥了一眼时，它正拿着那张应急表格。
“‘这里没人，’那人大声说，然后快步走了。”
反正也不是人。在某些方面，电视机几乎显示出超人的品质，可以随意变形，拥有既能伪装又能识别人脸的敏锐(在迪克的黑暗故事中，电视机一度变回了原来的样子，“跳”进了主人的怀里)。
最终，调查人员发现这个变形机器是由来自白矮星系统的外星物质组成的。
这当然可以解释它的转型能力。
真的会吗?
在生活模仿艺术的经典案例中，麻省理工学院(MIT)的研究人员已经开发出一种方法，可以在暴露于特定环境变化时随时间调整材料的性质和形状。该工艺被称为“4-D打印”，用于增加时间维度，通过简单地操纵物质的几何成分，将现有的增材制造技术向前推进了一步。
3d打印技术根据虚拟蓝图逐层生成物体。不过，要进入第四维空间，产品设计师必须根据物体自身的角度和尺寸，以及在受到运动、湿度、压力或温度等外界力时所要求的形状，向3d打印机输入精确的几何代码。
简而言之，代码规定了材料可以弯曲和卷曲的方向、次数和角度。当该物体面临环境的变化时，它可以被刺激改变形状。例如，可以指示管道膨胀或收缩以输送水;类似地，砖块可以移动以适应给定墙壁上的更多或更少的压力;汽车轮胎可以通过编程，在结冰或下雨的道路上自动调整抓地力。
这项技术可能会给医学带来革命，产生可植入设备，在与特定细胞或生化过程接触时改变其形状和功能。想象一下，在没有外科医生帮助的情况下，定制设计的心脏支架可以在狭窄或虚弱的动脉内自然扩张。或者是缠绕在神经周围的微型电极;自动盘绕式人工耳蜗;以及更合适的神经血管线圈(用于包裹动脉瘤囊以防止它们破裂)。
全球增长咨询公司Frost & Sullivan医疗设备行业经理Venkat Rajan说:“它们(神经血管线圈)可以以一种允许定制形状或材料变化的方式打印，并可以对特定的生物刺激做出反应。”“4-D打印允许增材制造组件，使打印对象能够适应或对周围环境做出反应。在4- d打印的医疗植入物的情况下，它可以让它以一种确保最大限度地适应身体的方式扩展或自我构建。此外，它有可能对身体的变化做出反应和适应——就像我们的原生组织一样。”
麻省理工学院的研究人员要复制人体组织还有很长的路要走。到目前为止，他们只成功地用4-D打印出了一种坚硬的塑料，它保持了刚性和吸水性，变成了字母“SAL”。科学家们还没有破译材料寿命的公式:经过几十次干湿循环后，吸水物质失去了转化能力。
不过，这项技术可以帮助医疗技术行业最终与“伟大的母亲”斗智斗勇。自从埃及在公元前3000年向世界介绍了手术缝合线以来，人类一直在寻找完美的生物备用材料，实验了地球上几乎所有的材料，包括铅、银、青铜、特氟龙、涤纶、镍、不锈钢、钛、陶瓷和塑料，但都无济于事。
自然在历史上一直占据上风，这是有充分理由的——它有一个无与伦比的领先优势，在数百万年的时间里不断完善自己的杰作，创造出一个复杂的、自组织的系统，包括数十种细胞类型和复杂的血管，旨在执行非常具体的工作。每个系统都是独特的，受性别、基因、生活环境、习惯和活动水平的影响。
密苏里大学生物物理学家、加州圣地亚哥3d打印组织开发商Organovo Holdings Inc.的联合创始人Gabor Gorgacs解释说:“(人体)组织在细胞组中按照非常严格的规则组织得非常好。半毫米的聚合体已经是一小块组织了。”这些碎片结合在一起并交换信息。细胞知道该做什么，因为它们已经这样做了数百万年。它们在进化过程中学会了游戏规则。”
不过，事实证明，人类是聪明的学生。在过去的几十年里，科学家们对现有材料的配方进行了调整，以提高它们在体内的性能。例如，韦恩州立大学(密歇根州底特律)的研究人员将贝氏体钢和等温球墨铸铁结合在一起，创造了一种更坚固、更轻、更耐用的钢。其铁素体和碳稳定奥氏体的精细微观结构使这种新化合物的断裂韧性几乎是目前市场上先进钢的三倍。
陶瓷专家正在利用压电复合元件(锆钛酸铅和单晶压电材料)增强神经调节技术，以促进超声波设备通信，陶瓷-金属钎焊组件用于密封的电气引线，以及生物兼容设备外壳。研究人员还在探索使用陶瓷注射成型技术来开发可植入脉冲发生器的薄壁外壳(大多数由钛制成)。
摩根技术陶瓷公司是英国摩根坩埚公司的一个部门，正在开发使用氧化锆注射成型治疗偏头痛和丛集性头痛的植入式外壳。氧化锆因其高机械强度而备受尊崇，使可植入脉冲发生器外壳制造具有非常薄的壁，并消除了对这些户外电视天线引线连接;陶瓷外壳是钎焊的，并与馈通密封连接。
然而，与医用聚合物所取得的进步相比，这些创新仍然相形见绌。凭借其相对较轻的重量、低成本、灵活性、易于加工、有色金属特性(例如，MRI安全)和优异的生物相容性，医用塑料已成为医疗技术不可或缺的组成部分，使下一代植入物、一次性设备和包装技术等成为可能。事实上，根据市场数据，2013年全球对医用聚合物的需求达到近500万吨，预计到2020年将超过700万吨。
“在塑料广泛用于医疗设备的设计之前，金属是主要的材料。尽管金属为这些应用提供了一些固有的优势，特别是在强度性能方面，但它们也表现出固有的缺陷，例如易腐蚀，”康涅狄格州谢尔顿现代塑料公司(一家医疗行业的塑料分销商)的总裁Bing J. Carbone指出。华体会体验“当塑料首次被广泛引入医疗器械行业时，其吸引力包括易于制造，定制化合物的能力，灵活性，耐腐蚀性，当然，还能够生产符合FDA标准的等级。多年来，随着该领域的成熟，今天有了更多的选择，可以选择哪些塑料用于使用，以及它们可以从哪里获得。几乎每天都有人在某个地方研究用塑料设备取代传统金属设备的可行性，或者用塑料而不是金属设计新产品。”
这些新产品涵盖了从抗菌和电极涂层到医疗连接器(硬质聚氯乙烯)和可穿戴医疗设备的所有领域。
拜耳材料科学公司(Bayer MaterialScience)瞄准了价值25亿美元的可穿戴设备市场，推出了可塑、尺寸稳定的聚碳酸酯复合材料Makroblend M525。该公司高管称，这种材料与薄壁成型和长流道兼容，并通过焊接和粘合等标准组装方法实现良好的附着性。它还可以进行颜色匹配，以满足可穿戴设备的多色调设计要求。
另一方面，Teknor Apex因其可替代聚碳酸酯医用连接器而获得认可，聚碳酸酯医用连接器在与柔性聚氯乙烯(PVC)部件接触时通常容易发生应力开裂。据报道，该公司的刚性PVC可以取代聚碳酸酯在透明的医疗组件，如连接器和止回阀，实现相当的强度和清晰度，同时减少或消除应力开裂。广泛的测试表明，Apex SCR刚性PVC等级的抗应力开裂时间比传统聚碳酸酯长7至17天。
Teknor Apex乙烯基部门的行业经理Peter Galland表示:“Apex SCR化合物为行业提供了一种解决许多应用中[应力开裂]问题的方法，而不必牺牲最终使用性能。”“应力开裂是医疗设备行业几十年来一直面临的问题。”
但这并不是唯一的问题。自该行业诞生以来，细菌就一直笼罩着它，导致数百万人受害，并使全球医疗系统付出了无数美元的代价。因此，研究人员正在用抗菌聚合物进行报复，这些聚合物旨在抵抗或抑制有害微生物的生长。
总部位于荷兰鹿特丹的Parx Plastics BV在与细菌的战争中派出了生物相容性的Sanipolymers。据该公司称，这种材料不会浸出或降解，在产品的使用寿命内可以减少99%的细菌。潜在的应用包括手术网、医院内饰、设备外壳、伤口敷料、手术围裙、静脉输液管、透析机——几乎任何有感染风险的东西。
未来的援军可能来自马萨诸塞州剑桥市的威斯生物工程研究所(Wyss Institute for biological Inspired Engineering);A*STAR(新加坡科学、技术和研究机构);南洋理工大学(也在新加坡)和中国香港城市大学。Wyss的研究人员已经开发出一种聚合物，这种聚合物可以在分子结构中存储大量润滑液体，并随着时间的推移释放它们，使材料变得光滑，从而对细菌产生排斥作用。
与此同时，亚洲科学家正在完善一种既能排斥细菌又能吸引健康细胞植入的材料。他们的薄膜涂层仍处于概念验证阶段，因此，在临床上不会有几年的时间，但初步测试是有希望的。该膜基由聚电解质(硫酸右旋糖酐和壳聚糖)多层制成，并附着在许多称为配体的特定键合分子上。在测试了不同浓度的配体后，分析人员发现，RGD肽(精氨酸甘氨酸天冬氨酸)在防止细菌细胞附着和促进健康细胞组装方面表现最好。
Carbone说:“塑料是一种独特的设计材料，因为它比任何其他材料都更能重新配置大多数塑料的结构，为适应特定用途而进行的修改几乎是无限的。医疗产品外包．
特别是在骨科行业，聚合物越来越多地被用于增强植入物的辐射透光度、骨生长或生物可吸收性。Secant Medical Inc.正在通过其Regenerez技术寻求生物可吸收的角度，旨在促进愈合，而不会出现与其他生物可吸收材料相关的慢性炎症。
该公司高管认为，聚癸二酸甘油(PGS)与聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸(PLA)等传统可吸收物相比，具有相同或更好的性能，这两种可吸收物在降解时都会失去强度，可能导致产品故障。这两种物质还会引发炎症和疤痕。
相反，PGS的天然代谢物(甘油和癸二酸)作为伤口空间的营养物质，允许形成更自然的细胞外基质，不会对愈合过程产生负面影响。它也在60天内重新吸收。
“PGS可以促进愈合，没有急性炎症反应，原生组织的结果是最小的疤痕组织，”位于宾夕法尼亚州Perkasie的高级生物材料和合同设备服务董事兼总经理Emily Ho说
Secant，生物材料和生物医学纺织结构的开发商。该公司是Fenner PLC的一个业务部门，Fenner PLC是一家总部位于英国约克郡的增强聚合物工程制造商。
“作为一种表面侵蚀材料，它的降解特性比PGA和PLA等大块侵蚀剂更可预测，并且对机械性能的损失有更多的控制，”Ho继续说。“Regenerez紧密模拟人体组织的模量，从而限制了与其他材料不匹配的问题。”
尽管PGS在学术研究中被广泛应用——在400多项体内和体外心血管、骨科、神经血管和普通外科研究中被引用——但监管障碍和与新材料引入相关的典型紧张情绪阻碍了PGS的商业化。
新的硅胶材料也成为监管要求的受害者，特别是在2010年法国公司Poly implant Prothèse引发的乳房植入丑闻之后。该公司承认在全球销售的数千个乳房植入物中使用工业级硅胶后，引发了全球恐慌。据信，65个国家的大约30万名女性接受了这种有缺陷的植入物。
“由于20世纪90年代早期的乳房植入诉讼，对硅胶和由硅胶制造的长期可植入产品的监管得到了加强，”应用硅胶公司的技术营销总监诺曼·l·赖利解释说，该公司是一家为关键的医疗保健和医疗设备市场提供可植入硅胶材料的全球供应商。“为了应对监管的加强，硅胶制造商被迫重新评估材料的生物相容性，并关注萃取物等更小的细节，以确保它们是可识别的、可量化的和可预测的。在2011-2012年法国硅胶隆胸召回期间，欧洲的公告机构发起了另一轮审查和加强监管，这导致了更严格的硅胶规格，更接近于FDA(美国食品和药物管理局)实施的规格。”
这种打击通常会限制现有材料在新应用领域的创新。例如，Applied silica公司去年秋天为植入式设备市场推出了一种高强度、反应灵敏的硅胶。据该公司介绍，双基质凝胶系统采用了独特的交联技术，可提高抗断裂性、内聚强度和附着力。
所以探索还在继续。
无数个世纪过去了，人类仍在寻找大自然的灵丹妙药——由近乎完美的肌肉、组织、骨骼和细胞组成的生物积木的秘方。他在地球上寻找身体缺陷部位的替代品，并想出了一些自己的替代品(即聚合物、陶瓷复合材料、生物可吸收物)，经常向伟大的母亲寻求线索。而每一次，贵妇人都拒绝摊牌。
也许是时候改变策略了。与其试图复制自然，也许人类应该寻找(或创造)一种能够在人体严酷复杂的环境中和谐生存的材料。华体会体验现代塑料公司的Carbone认为我们已经发现了这样一种物质:“随着我们对身体、基因以及我们的身体如何与我们的直接环境相互作用的了解越来越多，我们也越来越多地了解塑料如何与自然身体一起工作，并成为自然身体的一部分，成为一种能够比独立的身体完成更多任务的混合体。”
-详情见:https://www.mpo-mag.com/contents/view_features/2015-03-11/polymer-principles#sthash.rIZHWV7L.dpuf
