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大家好

我是来自清华大学

医学院生物医学工程系的

教授刘静

那么我们实验室

长期从事液态金属的研究

尤其将液态金属推进到

生物医学里面的

很多重要问题的解决上

那么这次讲座

我想跟大家一起来探讨

液态金属生物材料学

这一门新兴学科的基础知识

和应用情况

来一场科学的探险之旅

那么我们所说的液态金属

是指在常温或者像体温附近

那么处于液态的这样一种材料

那么它可以在液像和固像之间

来回的切换

那么说起液态金属

我们先来从这个

好莱坞的科幻影片《终结者》

这样一部影片来说起

在屏幕上我们可以看到

这就是液态金属

它可以相互的融合

就像有生命一样

在融合的过程里面

它会逐渐地形成一个

机器人的形态

所以这确实是一种

非常神奇的这个材料

所以我们可以看到它逐渐地

就形成一个机器人

所以可以看到

这个好莱坞科幻导演的

这种脑洞

大开的这种创意

这就像机器人

当然终结者机器人

这样的这个科幻电影

还限于这个科幻的层面

那么今天我们要探讨是

液态金属在生物医学方面的

一系列实实在在的这个潜力

和这个应用

好 那下面我们来看

现实中的液态金属材料

是怎么制作成的

那么首先

它是有一些最典型的

这个金属元素

通过一定的处理手段制成

那么其中最有代表性的是像

钾 铟 锡

当然还有更多的这个金属元素

那么我们通过一定的

比如说像高温化处理

合金化处理

再通过一定的物理和化学手段

来进行改性

那么得到我们所需要的

功能材料

那下面我们来看液态金属的

一些具体的这个物理化学行为

那下面我们通过一些

具体的实验中获得的视频

来了解液态金属的

一些独特的这个特性

那屏幕上我们可以看到

在四处流动和变形的这种材料

它就是我们刚才所说的

液态金属

看上去仿佛就像

终结者电影里面的这个金属

在流动 在混合

那么这个当然与电影不同的

这是在现实中

实际形成的这种材料

它是在电的这个操控下

可以不断地运动和流动

那么这种材料它的这个行为

确实是非常神奇

是一般的材料所不具备的

那么很多的这个生物医学应用

就酝酿在这样的

这个独特性能里边

所以实际上就液态金属的应用

它基于它的这个电磁 声

光 热 流体 机械

包括它的一些柔性方面的

一些特性

那么从我们首先来看

基于液态金属流动特性

包括它的高密度特性

它在生物医学里边可以做

哪些应用呢

我们在屏幕上看到的是

通过液态金属的辅助

来获得的高分辨的

这个组织血管的

这个成像情况

那么从图面上我们可以看到

非常细小的这个毛细血管

在这个CT的这个影像下

都可以清晰可见

那么这样的这个小的毛细血管

尺寸已经达到几个微米

这是非常非常精细的

那么如果没有液态金属的辅助

那么它是很难达到这么高的

这个清晰度和对比度的

这个呈现

那么在要实现这样的

这个成像的话

其实我们所要做的

首先制备这种高度流动性

很好的这种液态金属

然后通过一定的手段

把它注射到这种组织

或者器官的这个毛细血管

和它的这个周围的

这个血管里边

那么之后

在这个CT的这个成像

或这个图像重建下

可以获得液态金属的

这个血管显影

这样一来的话

它就可以大大地提升

这个成像的这种速度和效率

我们知道这个毛细血管

或血管结构

是生物医学里面

非常非常重要的

这个生理参数和信息

那么通过常规的这个CT

它的分辨率

我们从图上可以看到

有对比

比如说像左上图

这个左边的这个是液态金属

成像所获得的这个血管造影图

那么在它旁边的这幅图

是利用现在的这个造影技术

所获得的这个血管图像

所以两个图一看就很清晰

这个确实差别非常大

所以这一点显示了

液态金属在成像方面的

这个优势

也因此业界把这些图

把它说成是这个世界上

最早的注射有液态金属的

这个心脏

当然这个心脏

是动物的离体心脏

那么由此我们可以快速地

重建出一些复杂器官的血管的

这个解剖结构

那么过去

要获得这样的结构的话

他得通过一系列的这个切片

计算机处理

再去重建

所以整个的周期是非常漫长的

而且需要的这个设施

也显得比较复杂

程序比较繁琐

那么通过液态金属的快速注射

可以很高效地把这种空间

非常细小的这种毛细血管

以一种非常清晰的这种方式

展现出来

那么这幅图上看到的这个血管

它实际上是在这个动物

像猪的这个肾脏里边的

这个血管结构

所以我们看起来确实是

这种非常漂亮的

这种很清晰的这种图片

对于这个理解这个生理学

包括它的一些这个病理

一些复杂的功能的话

都提供了很重要的这个数据

比如说像血管里面

假如说这个出血

或者一些血管的这个畸变

或者有一些肿瘤

或者一些治疗康复过程里边

包括一些这个动物

生理学研究的话

液态金属可以展现它的一些

在成像方面的一些独特的功能