打破常识！晶体竟能自愈+跳舞？科学家造出“活材料”

想象一下，一块晶体被掰断后，几秒钟内自动愈合如初；放在阳光下，它会像植物一样缓缓旋转、扭曲，仿佛拥有生命。这听起来像是科幻电影里的道具，但科学家最近真的造出了这样的材料。2026年1月，日本东京大学与德国马克斯·普朗克研究所的联合团队宣布，他们首次合成出一种新型有机晶体，不仅能对外界刺激（如光或热）做出复杂的机械响应——包括自旋、弯曲、卷曲，甚至还能在受损后自主修复裂痕。这项突破性成果发表于《自然·材料》，为未来智能机器人、自修复航天器和微型医疗设备打开了全新可能。

传统晶体，比如食盐或钻石，结构高度有序但极其“死板”——一旦破裂就无法复原，受力只会碎裂而不会变形。而这次科学家设计的晶体完全不同。它的分子骨架由一种特殊有机化合物构成，内部含有可逆的“动态共价键”。这些化学键就像微型弹簧：平时牢牢锁住结构，但当受到外力破坏时，它们会暂时断开并重新排列；一旦刺激消失，又自动“拉手”复位，实现自我修复。实验中，研究人员用刀片将晶体切成两半，只需将其放回室温环境几分钟，裂缝就完全消失，强度恢复95%以上。

更神奇的是它的“运动能力”。当用特定波长的紫外光照射时，晶体表面分子会发生光致异构化反应——简单说，就是分子形状瞬间改变，导致整个晶体产生不对称应力，从而开始缓慢旋转或螺旋式扭动。研究人员拍下的视频显示，一根细长的晶体在光照下像藤蔓一样缠绕支架，速度虽慢（每分钟几度），但动作连贯、可控。这种行为过去只在生物体（如含羞草）或软体机器人中见过，从未在硬质晶体中实现。

那么，这种“活晶体”是怎么做出来的？关键在于分子设计。研究团队精心合成了带有偶氮苯基团和二硫键的有机分子。偶氮苯对光敏感，能驱动形变；二硫键则提供可逆交联，支持自修复。他们通过缓慢蒸发溶剂的方法，让这些分子在溶液中自组装成毫米级单晶。整个过程无需复杂设备，成本低廉，且可规模化生产。

这项技术的潜在应用令人兴奋。在微型机器人领域，这种晶体可作为“无电机驱动器”——无需电线或电池，仅靠光照就能完成抓取、爬行等动作，特别适合在人体内执行靶向给药任务。在航天工程中，卫星太阳能板若采用此类材料，可在极端温差下自动调整角度，还能修复微陨石撞击造成的损伤。甚至在未来建筑中，窗户玻璃若嵌入这类晶体，就能根据阳光强弱自动调节透光率，同时抵抗风沙刮擦。

当然，目前还处于实验室阶段。晶体的运动速度较慢，修复能力也依赖特定环境（如避氧、常温）。但研究团队已开始优化分子结构，尝试引入热响应或电响应机制，让控制更灵活。项目负责人山本健太郎教授表示：“我们不是在模仿生命，而是在创造一种介于无机物与生物之间的新物质状态——它有秩序，也有适应性。”

这一发现也挑战了传统材料科学的边界。过去，“刚性”与“柔性”、“静态”与“动态”被视为对立属性。而这种晶体证明，高度有序的结构也能具备生命般的智能响应。正如马克斯·普朗克研究所的合作者所说：“它让我们重新思考‘什么是材料’。”

从古希腊人把水晶当作神之泪，到今天科学家赋予晶体“生命”，人类对材料的理解正经历一场静默革命。或许不久的将来，我们的手机屏幕摔裂后能自动愈合，火星探测器的机械臂能在零下百度环境中自我修复，而这一切，都始于一块会自己“动起来”的小晶体。

参考资料：“Anomalous grain dynamics and grain locomotion of odd crystals” by Zhi-Feng Huang, Michael te Vrugt, Raphael Wittkowski and Hartmut Löwen, 17 October 2025, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2511350122