人類(lèi)為了減肥，已經(jīng)卷到不行了，什么沒(méi)說(shuō)都是零卡，都開(kāi)始自己騙自己了o(╥﹏╥)o

不過(guò)，這可不是小編瞎說(shuō)，這是今年9月18日頒發(fā)的第35個(gè)第一屆搞笑諾貝爾獎(jiǎng)的化學(xué)獎(jiǎng)！

由于津巴布韋幣價(jià)格暴漲，主辦方買(mǎi)不起了，只能用一條濕巾代替，屬于是實(shí)用性暴增

現(xiàn)在大家都在追求零糖零卡零熱量的食物，如果能夠找到一種既能夠滿(mǎn)足食物的飽腹感和質(zhì)量，同時(shí)能夠是零卡路里的食品，那是最好不過(guò)的！

這還真讓他們找到了，由羅特姆·納夫塔洛維奇 (Rotem Naftalovich)、丹尼爾·納夫塔洛維奇 (Daniel Naftalovich) 和弗蘭克·格林威 (Frank Greenway)組成的團(tuán)隊(duì)，將目光投向了聚四氟乙烯（PTFE）——即我們熟知的“特氟龍”，沒(méi)錯(cuò)就是咱們平時(shí)不粘鍋上面用的涂層材料。

這聽(tīng)起來(lái)似乎非常不可思議？！研究人員用了許多的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明特氟龍的安全性，他們還給出了上世紀(jì)60年代的案例，美國(guó)杜邦公司曾經(jīng)連續(xù)90天給小鼠喂?jié)舛雀哌_(dá)25%的特氟龍拌飯，發(fā)現(xiàn)小鼠沒(méi)有出現(xiàn)中毒的情況！

在研究中，作者引用了20 世紀(jì) 60 年代杜邦 Haskell 實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

并且，這種材料已經(jīng)被應(yīng)用在了生活中的許多方面——包括實(shí)驗(yàn)室使用的特氟龍涂層攪拌棒、膀胱導(dǎo)管和婦科植入物等醫(yī)療器械上的涂層，以及用于體外受精的導(dǎo)管。

他們堅(jiān)持認(rèn)為特氟龍惰性、耐熱、不耐胃酸、無(wú)味且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，并且給出了推薦的食譜比例——食物和特氟龍粉末的比例是3：1。

遺憾的是，這項(xiàng)充滿(mǎn)創(chuàng)意的化學(xué)應(yīng)用未能走入市場(chǎng)。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）因概念特殊性未批準(zhǔn)其食品添加劑用途。

不過(guò)小編在想，為啥這薄薄的一層涂層不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不粘鍋的功能，同時(shí)還能夠飽腹又減肥呢？下面就和小編一塊來(lái)看看不粘鍋涂層上的秘密吧~

不粘特性的秘密——低表面能

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要解釋特氟龍涂層的不粘性，我們先來(lái)了解一下表面能。表面能是指材料表面所具有的額外能量，本質(zhì)上講它是指在形成新表面時(shí)需要克服并破壞分子間鍵合所耗費(fèi)的能量。

想象一下當(dāng)你在“拉開(kāi)”某個(gè)材料時(shí)，需要斷開(kāi)其微觀結(jié)構(gòu)中原子或者分子之間的化學(xué)鍵，這時(shí)需要更多的能量。而根據(jù)能量守恒定律，這些斷裂的化學(xué)鍵會(huì)使得暴露出的新表面具有比原本內(nèi)部更高的能量。

根據(jù)能量最低原理，自由表面傾向于縮小面積、降低能量，因此材料中的原子更愿意待在內(nèi)部而非停留在表面。內(nèi)部的分子們發(fā)生相互作用，形成一個(gè)力學(xué)和能量的平衡態(tài)，整體穩(wěn)定；表面的分子由于少了一部分分子間作用力，牽引力不對(duì)稱(chēng)，能量升高，趨于不穩(wěn)定。也就是說(shuō)，表面能就是將內(nèi)部分子“拉”到材料表面所需的能量。

表面能常用單位是焦耳每平方米，在量綱上等同于液體表面張力（牛頓每米）

以水為例，當(dāng)表面能較高時(shí)，表面分子斷掉的化學(xué)鍵會(huì)和外來(lái)的水分子結(jié)合成鍵，來(lái)達(dá)到能量較低的狀態(tài)，也就更容易被潤(rùn)濕和吸附；當(dāng)表面能較低時(shí)，水分子內(nèi)部之間的吸引力（內(nèi)聚力）遠(yuǎn)大于表面分子對(duì)它的吸引力，所以水分子們決定“抱團(tuán)”，縮成一個(gè)圓滾滾的水珠，以最小化與表面的接觸面積，也就是我們常說(shuō)的疏水現(xiàn)象。

超親水性、親水性、疏水性、超疏水性

而特氟龍這樣的材料表面能很低，這正是不粘鍋涂層特氟龍疏水的原理。至于疏水程度，是由液體—蒸汽界面與固體表面之間形成的接觸角決定。特氟龍的接觸角大約在105°左右，而在自然界中還有接觸角大于150°（超疏水性）的水果——銀杏和藍(lán)莓。

特氟龍——一種經(jīng)典疏水材料

不愧是銀杏~

當(dāng)然，低表面能也就意味著黏附性較差，涂層本身可能也不牢固。2023年，Gu等人就通過(guò)設(shè)計(jì)“蜂窩細(xì)胞”結(jié)構(gòu)的涂層：每個(gè)基本單元由剛性的微觀殼層和可釋放的納米種子組成。剛性殼層強(qiáng)度較高，可以保護(hù)涂層耐磨損；而納米種子既可以充當(dāng)基體和涂層間的“粘合劑”，同時(shí)它本身的表面能也很低。這就兼顧了低表面能與高耐久性，讓涂層既防水防黏，又牢固持久。

蜂窩設(shè)計(jì)的示意圖

雖然表面能和表面張力在量綱上等同，但是表面能描述的是一種熱力學(xué)平衡性質(zhì)，并不直接等同于表面張力。對(duì)于液體來(lái)說(shuō)，液滴會(huì)因?yàn)楸砻鎻埩Φ淖饔帽M量收縮成球形以減小表面積。

而對(duì)固體來(lái)說(shuō)，表面原子則是通過(guò)重排、彎曲晶格或者吸附空氣中分子等方式來(lái)降低表面能，所以，固體新鮮暴露的表面在空氣中往往會(huì)發(fā)生鈍化來(lái)降低表面能，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

總而言之，表面能體現(xiàn)了“表面”相對(duì)于材料“內(nèi)部”多出的能量，它是驅(qū)使材料表面發(fā)生各種變化（如潤(rùn)濕、粘附、形貌變化等）的根本原因。

化學(xué)穩(wěn)定性和低表面摩擦系數(shù)

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大家平時(shí)在使用不粘鍋的時(shí)候應(yīng)該就能夠發(fā)現(xiàn)，不管咱們?cè)趺刺砑佑望}醬醋茶這些調(diào)料，對(duì)涂層幾乎是零傷害的，這正是源自于它非凡的化學(xué)穩(wěn)定性。

特氟龍的化學(xué)穩(wěn)定性來(lái)源于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)，它的分子結(jié)構(gòu)與常見(jiàn)的聚乙烯長(zhǎng)得很像，只是其中的所有氫原子都被氟原子取代了，氟原子的電負(fù)性最強(qiáng)，碳氟鍵(C-F)結(jié)合力遠(yuǎn)超碳碳鍵(C-C)，極難被破壞。

四氟乙烯(TFE)聚合生成聚四氟乙烯

同時(shí)，從原子大小上看，氟原子的大小恰好能緊密地包裹住碳鏈，而由于氟原子極強(qiáng)的電負(fù)性，整個(gè)分子中的電子云被均勻地、緊密地固定在C-F鍵周?chē)＿@意味著整個(gè)分子的電子非常均勻。

由于以上兩個(gè)因素的協(xié)同作用，使得特氟龍具有耐熱耐寒、抗酸抗堿的功能，幾乎不受任何化學(xué)溶劑的侵蝕：

1、氧化劑（如濃硫酸、王水）：大家都知道氧化反應(yīng)過(guò)程中電子會(huì)被奪取，而碳原子所有的電子已經(jīng)和氟原子成鍵，整個(gè)分子處于一種完全被氧化的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，連能溶解黃金的“王水”也對(duì)它無(wú)可奈何。

2、酸和堿：酸和堿通常通過(guò)攻擊分子中的特定活性基團(tuán)（如羥基、氨基）來(lái)發(fā)生反應(yīng)，而特氟龍的分子表面完全由性質(zhì)均一、惰性的C-F鍵構(gòu)成，沒(méi)有可供酸或堿攻擊的活性位點(diǎn)。

3、溶劑和溶脹：許多有機(jī)溶劑能溶解塑料，是因?yàn)樗鼈兡茔@入高分子鏈之間，使其膨脹（溶脹）。但特氟龍的分子鏈被氟原子嚴(yán)密包裹，表面極其光滑且惰性，溶劑分子找不到任何“切入點(diǎn)”進(jìn)行滲透。

特氟龍除了非凡的化學(xué)穩(wěn)定性，還具有獨(dú)特的力學(xué)性能，它的表面摩擦系數(shù)極低，這意味著它的表面非?！盎铩保踔烈浴帮w檐走壁”著稱(chēng)的壁虎都抓不牢，如果用作涂層可以顯著減少機(jī)械磨損和污漬的黏附。

當(dāng)然，還要注意當(dāng)溫度超過(guò)260 ℃（燒肉的時(shí)候溫度就在200 ℃~230 ℃）時(shí)，特氟龍的分子鏈會(huì)發(fā)生斷裂，釋放出有毒的氟化氣體，并且摩擦系數(shù)急劇加深，會(huì)發(fā)生大面積脫落。因此，不粘鍋不能夠干燒！這也是近年來(lái)人們關(guān)注的“不粘鍋涂層中毒”的很大一部分原因。

是真正的飽腹且“零卡”嗎？

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由于特氟龍不粘性、化學(xué)惰性和低摩擦系數(shù)等特點(diǎn)，科學(xué)家們給出了所謂的“減肥食譜”——食物與特氟龍的比例為3：1，但是這真的可以實(shí)現(xiàn)真正的飽腹且零卡嗎？

這幾年人們?cè)絹?lái)越重視身體健康，“卡路里”、“控糖”、“輕食”等概念被大眾所熟知。從物理的角度來(lái)說(shuō)，卡路里是能量的單位，而我們時(shí)常談到的卡路里，也就是熱量，其定義為在1個(gè)大氣壓下，將1克水提升1攝氏度所需要的熱量。

食物中的卡路里含量是該食品產(chǎn)生多少潛在能量的量度標(biāo)準(zhǔn)，我們身體所需的熱量都來(lái)自于食物，吃東西時(shí)，人體新陳代謝的化學(xué)作用把食物分解，轉(zhuǎn)化成能量。

與我們熟知的“零卡糖”不同，零卡糖（如赤蘚糖醇）是因?yàn)槿梭w中沒(méi)有分解它們的酶，導(dǎo)致無(wú)法被身體吸收，因而實(shí)現(xiàn)零卡。而特氟龍因?yàn)樗牡捅砻婺芎突瘜W(xué)穩(wěn)定性，不與其他分子接觸，也不會(huì)被身體里的酶分解，這樣特氟龍也不會(huì)釋放任何能量，從而達(dá)到零卡的目的。

零卡糖：我們不一樣~

那我們平時(shí)是怎么產(chǎn)生飽腹感的呢？在干飯過(guò)程中，我們會(huì)逐漸感到飽足，這與腸胃的物理反應(yīng)及激素的作用密切相關(guān)：

• 胃的擴(kuò)張：當(dāng)我們攝入足量的食物時(shí)，胃黏膜的神經(jīng)末梢會(huì)立即感知到食物體積和壓力，通過(guò)迷走神經(jīng)向大腦發(fā)送“飽腹”的信號(hào)。

• 瘦素：瘦素在飽腹感的形成中扮演重要角色。脂肪組織分泌瘦素，當(dāng)瘦素水平上升時(shí)，飽腹感增強(qiáng)，大腦感到滿(mǎn)足。

• 胰島素：進(jìn)食后，胰腺分泌胰島素來(lái)處理血糖，同時(shí)也向大腦傳遞出“食物已攝入”的信號(hào)。

但是，由于特氟龍不被吸收，因而瘦素和胰島素的作用沒(méi)有被發(fā)揮，相當(dāng)于只有物理飽腹感，但是沒(méi)有任何的物質(zhì)攝入，這種矛盾會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的饑餓感卷土重來(lái)，甚至可能讓你在下一頓吃得更多。這就像你喝下一大瓶零卡可樂(lè)，雖然胃里都是水，但很快就會(huì)又餓了一樣。

而且特氟龍可以以粉末形式穩(wěn)定存在，但是因?yàn)榈捅砻婺?，它不易和其他食物接觸，很難均勻分布在食物中，它更可能結(jié)成討厭的小團(tuán)塊，口感會(huì)非常糟糕，甚至可能帶來(lái)吞咽風(fēng)險(xiǎn)，這破壞了作為食物的最基本前提。并且這種小團(tuán)塊如果大量且長(zhǎng)期攝入身體，也可能會(huì)在腸胃中存在堆積的情況。

就像在吃輕食的我~

所以，其實(shí)我們一通分析下來(lái)發(fā)現(xiàn)，用特氟龍減肥確實(shí)有些搞笑了...

不過(guò)，正如搞笑諾貝爾獎(jiǎng)一向以來(lái)的宗旨：先讓人發(fā)笑，繼而令人深思，盡管這個(gè)研究最終不太可取，該研究仍為肥胖干預(yù)的化學(xué)解決方案提供了新思路——如何通過(guò)惰性材料的化學(xué)特性調(diào)節(jié)飲食體驗(yàn)，值得進(jìn)一步探索。

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編輯：悅悅