Искусственный цветок из программируемого гидрогеля расцвел в лаборатории
Ученые из США создали полимерные материалы, которые могут менять форму с течением времени по заранее заданной программе. В будущем, как надеются разработчики, этот материал будет применен для создания медицинских имплантатов нового поколения.
Пока же свои возможности ученые продемонстрировали с помощью искусственного цветка.
© Sheiko et al., Nature Communications
Цветок был создан аспиранткой Цяоси Ли (Qiaoxi Li). Его диаметр составляет несколько сантиметров.
В течение двух минут сначала раскрываются наружные красные лепестки, затем средние пурпурные, а потом внутренние оранжевые.
«Я был очень удивлен, когда впервые увидел цветок. Он выглядит совсем настоящим, – сказал профессор химии полимеров Сергей Шейко, который руководил исследованием. – Это мертвый кусок материала. Если вы удалите краску, это просто белый полимер.
Как будто мы ввели в материал жизнь».
Полимерные лепестки распускаются в заранее заданные моменты времени. Впоследствии, по словам Сергея Шейко, так будут принимать нужную форму имплантаты, введенные в организм пациента при минимально инвазивной операции.
В основе материала – полимерный гель, который имеет плотность человеческой хрящевой ткани. Форма листа регулируется благодаря двум различным типам химической связи.
В нем присутствует небольшое количество сильных ковалентных связей и гораздо большая часть более слабых водородных связей. Когда лист изгибается, упругая энергия накапливается в сильных связях.
Слабые связи выступают в качестве противоположной силы, они замедляют расправление материала. Контролируя количество, прочность и расположение связей двух типов, можно создавать сложные структуры, которые будут расправляться в заранее запрограммированной последовательности.
В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, команда Сергея Шейко описывает, как они создавали объекты, меняющие форму в течение минут или часов. В отличие от других материал, способных к изменению формы, полимерный гель может сделать это в предусмотренное время, не требуя для запуска внешнего импульса, например, тепла или светового излучения.
