中大製超材料裝置 「隱形魔法」成真

有望開發新型細胞生物組織培養 研究結果刊國際學術期刊

《哈利波特》電影及小說中的隱形斗篷可讓使用者瞬間消失，現實中看似是天方夜譚，不過，由香港中文大學物理系教授徐磊帶領的團隊聯同內地科學家，成功開發全球首個集隱形、聚集、旋轉等功能於一體的超材料裝置（metamaterial device），有望用於開發新型細胞和生物組織培養、藥物遞送等裝置，為組織工程及藥物遞送技術帶來新的設計方向。研究結果已於國際學術期刊《美國科學院院刊》發表。◆香港文匯報記者 高鈺

英國理論物理學家John Pendry教授於2006年提出變換光學理論，利用特殊設計的光學材料來扭曲光線，讓光線繞過物體，令物體恍如隱形。不同科學家遂按此理論，利用類似的物理場，包括聲波、機械波、水波、熱傳導、直流電場等，設計出許多既可隱形又能操控內部物理場的超結構裝置，例如增強內部物理場運輸強度的聚集器、控制運輸方向的旋轉器等。然而，這些裝置只有單一功能，若要開發集多種功能、可簡易轉換功能的「超級裝置」，過去一直未見成功。

徐磊領導的有關研究，獲香港研究資助局、國家自然科學基金和廣東省自然科學基金支持開展。研究人員發現，多孔介質流場是實現「超級裝置」的可行方法。例如一堆沙子，在結構上有大量可讓流體通過的微小縫隙，而多孔介質流場的流體運輸特性與孔隙大小有密切關係，只需稍微調節孔隙，即可大幅度改變流場的運輸行為。

可3D打印製造 能獨立旋轉

利用這特性，團隊在多孔介質流場中，成功開發集隱形斗篷、聚集器及旋轉器於一身的多功能超材料裝置。它能以3D打印技術簡易製造，由多層的環狀多孔材料組成，每層均可獨立旋轉。研究人員可依照不同功能的設定，利用特別設計的手柄，將各材料層旋轉至特定位置，以調節孔隙大小，控制裝置內部流速的大小和方向，從而轉換和執行「隱形」、「聚集」和「旋轉」等不同功能。

結果顯示，「聚集」和「旋轉」功能可分別加強裝置內的運輸強度以及調節流體的速度和方向，有效地調控細菌生物膜生長的方向和速度；而「隱形」功能令裝置的內部流場不受外部流場影響，將細菌的生長情況隱藏起來。因此，若在裝置內同步培養不同生長模式的細菌，每種生長模式可自成一隅，互不干擾，有潛力成為新型微生物或細胞培養控制裝置。

其實人體器官如肺、肝和乳腺等都屬於多孔介質，若發生病變，常見治療方法是將醫療器具如支架，置入病變位置，但可能影響其他器官運作。新研發的裝置具備「隱形」功能，不會干擾人體原有流場，而「聚集」和「旋轉」功能可調節裝置的內部流場速度和方向，將藥物等注入合適位置。

徐磊指，這研究實現了可調控的流體多功能超材料裝置，為製造多功能的體內或體外生物組織培養、智慧藥物遞送裝置提供了切實可行的設計思路，亦為運用其他物理場以設計和製造多功能超材料帶來新啟示。