Полимерный гель, исцелися сам!
Когда ломается ножка стула или трескается стекло смартфона, оба предмета приходится или выбрасывать, или отдавать в починку. Как же сделать так, чтобы вещи чинили себя сами? Это уже возможно, утверждают химики из Питтсбургского университета, разработавшие компьютерную модельполимерного геля для регенерации материалов сложного строения.
"Самовосстанавливающиеся материалы - это один из Святых Граалей материаловедения. Уже созданы композиты, залечивающие небольшие повреждения, но нам не известно ни одно опубликованное исследование, посвященное системам, регенерирующим крупные трещины и разломы", - рассказывает доктор Анна Балаж (Anna C. Balazs).
Исследователей вдохновила регенерация тканей у земноводных, которая состоит из трех этапов (начальный, рост ткане, окончание) - "прекрасный динамический каскад событий", по выражению доктора Балаж. Ученые захотели воссоздать этот процесс в синтетических материалах. "Мы стремились разработать систему, которая сначала чувствует, как материал трескается (отделяется), инициирует его отрастание - пока он не вырастает до нужного размера - и потом самостоятельно останавливает процесс".
"Сложнее всего было решить транспортный вопрос. У животных для быстрого переноса клеток, питательных веществ и генетического материала имеется система кровообращения. У синтетических материалов такой системы нет, так что для инициирования и управления процессом нам потребовались своеобразные датчики".
Ученые разработали композитный материал - наностержни (шириной в 10 нанометров), погруженные в полимерный гель, окруженный раствором из мономеров и кросс-линкеров, или сшивателей (молекул, подсоединяющих одну полимерную цепь к другой). Если рассечь гель, наностержни около "пореза" выступают в качестве датчиков. С одной стороны, они не "уплывают" от открытой поверхности, с другой - специальные точки на наностержнях запускают реакцию полимеризации с мономерами и кросс-линкерами. Компьютерные модели помогли управлять реакцией и не дать росту материала выйти из-под контроля.
Исследователи собираются совершенствовать процесс и усиливать связи между "старым" и "новым" гелем.
Новый метод представлен в журнале Nano Letters.
По материалам пресс-релиза университета.
Артём Космарский nauka21vek.ru