Ученые из МГУ создали синтетическую кожу и хрящи из "наноершиков"

МОСКВА, 7 мая – РИА Новости. Российские и зарубежные химики превратили недавно созданный ими сверхгибкий материал, состоящий из особых полимерных "ершиков", в полноценную замену для кожи и хрящей. Их возможные применения были представлены в журнале ACS Macro Letters.

«

"В современном материаловедении никакого времени не хватит на поиски материала под узкие нужды путём перебора, поэтому мы решили сделать ставку на кодирование структуры полимеров, обладающих нужными параметрами. Однако это требует детального знания структуры полимеров, и мы их выяснили", — рассказывает Дмитрий Иванов, химик из МГУ.

Иванов и его коллеги по факультету физико-химической инженерии МГУ уже несколько лет пытаются создать материал, который бы не уступал человеческой коже в гибкости и прочности, экспериментируя с различными полимерными соединениями.

Год назад им удалось одновременно приблизиться к решению этой проблемы и случайно создать своеобразный аналог "кожи хамелеона", меняющей цвет при деформации, экспериментируя с так называемыми эластомерами.

Так ученые называют особый тип полимеров, к числу которых относится обычная резина. Они состоят из множества параллельных нитей вещества, тесно переплетенных друг с другом, но не соединенных прочными связями. Благодаря этому они легко растягиваются и сжимаются, и затем возвращаются к прежней форме при исчезновении источника силы.

У них есть один большой недостаток – их прочность заметно снижается при растягивании, что не позволяет использовать их в качестве аналогов кожи. Иванов и его коллеги смогли ликвидировать этот недостаток, покрыв одиночные эластомерные нити другими молекулами. Это сделало их похожими на ершики для посуды или ванной, прикрепленные к своеобразным "колючим шарикам".

Эти части полимерных нитей, как рассказывают ученые, обладают разными физическими свойствами – "шарики" обладают высокой жесткостью и удерживают всю конструкцию от распада, а "ершики" – делают ее мягкой и пластичной. Меняя их размеры и расстояние между отдельными элементами этих структур, ученые могут гибко менять то, как они реагируют на растягивание и сжатие и прочие деформации.

Получив этот материал, ученые задумались о том, как взаимодействуют между собой "шарики" и "ершики" и можно ли как-то управлять их поведением, делая искусственную кожу более гибкой или более прочной. Для этого Иванов и его коллеги изготовили несколько версий подобных полимерных конструкций, измерили их свойства и просветили их при помощи российско-европейского синхротрона ESRF в Гренобле (Франция).

Эти наблюдения помогли ученым понять, почему созданный ими материал внезапно становится очень жестким при достаточно сильном растяжении, подобно реальной человеческой коже, и какую роль в этом играют различные характеристики "ершиков" и "шариков", а также химические взаимодействия между ними.

Результаты этих замеров помогли Иванову и его команде подготовить набор алгоритм, позволяющий создать произвольный материал подобного типа, задавая его упругость, цвет и другие параметры, комбинируя блоки из "ершиков" и "шариков". Это позволяет создавать не только синтетическую кожу, но и другие синтетические аналоги тканей тела, к примеру, хрящей.