В МГУ создали кожу, которая при растяжении становится крепче

МОСКВА, 23 янв — РИА Новости. Российские ученые совместно с их коллегами из США и Франции создали новый полимерный материал, который в перспективе может стать искусственным аналогом человеческой кожи. Уникальные свойства нового материала протестировали в МГУ. Результаты работы представлены в журнале ACS Central Science.

В 2018 году международная группа ученых, в состав которой входит руководитель лаборатории инженерного материаловедения МГУ профессор Дмитрий Иванов, опубликовала в журнале Science статью, в которой исследователи заявили о создании синтетического аналога кожи хамелеона, реагирующей на механические воздействия изменением цвета и прочностных свойств. По мнению экспертного совета РНФ, исследование вошло в список самых значимых работ российских ученых за 2018 год.

В новой работе ученым удалось впервые создать уникальную синтетическую платформу для дизайна материалов, воспроизводящих деформационные свойства целого ряда мягких живых тканей.

"Кожа обладает уникальными свойствами — она одновременно мягкая и упругая при соприкосновении", — приводятся в пресс-релизе МГУ слова Дмитрия Иванова. Однако нарушить целостность кожного покрова можно только очень сильным механическим воздействием, так как при растяжении прочность кожи резко увеличивается. Такой защитный механизм выработался у живых существ в процессе эволюции.

Воспроизвести в синтетических материалах мягкость живой ткани в сочетании со значительным упрочнением при деформации до сих пор не удавалось. Создателям новых материалов всегда приходилось выбирать между мягкостью и прочностью.

Например, гидрогели очень мягкие, но им недостает механической прочности. К тому же форма и механические свойства изделий из гидрогелей сильно зависят от влажности — при избытке физиологической жидкости в организме такой материал может набухнуть и лопнуть.

Авторы исследования придумали новый уникальный полимерный материал — состоящую из нескольких частей сложную молекулу, способную к самосборке.

На длинную часть полимерной молекулы привиты молекулярные "ворсинки" — так, что система напоминает ершик для чистки бутылок. На концах "ершика" находятся терминальные участки — молекулы отличного от основной цепи химического состава. При самосборке полимера терминальные участки образуют стекловидные очень прочные наношарики, а длинные цепи "рукоятки" — сетку, погруженную в среду "ворсинок". Материал, состоящий из таких "щеток", изначально вполне эластичный, а при деформации очень быстро упрочняется.

Исследователи изучили механизм деформации полимера — определили механические параметры вытягивания "рукоятки щетки" в зависимости от длины "ворсинок".

"Щеточный" блок с длинными боковыми ворсинками дает более выраженное деформационное упрочнение — так называемый эффект волейбольной сетки, которую легко развернуть, но невозможно деформировать. Щетки с разной длиной ворсинок интересны, потому что они могут воспроизводить механику разных биологических тканей", — прокомментировал результаты исследования Дмитрий Иванов.

Исследователи показали, что присутствие этих полимеров в биологической среде не препятствует размножению и пролиферации клеток, так что материал в перспективе можно будет имплантировать.

"В целом, полимеры не содержат никаких цитотоксичных веществ. Кроме того, они не содержат растворителя, например воды, который мог бы привести к неконтролируемому изменению физико-химических свойств имплантата", — отмечает ученый.

Сейчас группа Дмитрия Иванова готовится к новому этапу исследований механических свойств синтезированного материала с использованием современного оборудования, которое будет установлено на химическом факультете МГУ.