Создан напоминающий мышцы самостоятельно растущий материал
Москва, 11:53, 01 Фев 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Ученые из Университета Хоккайдо разработали стратегию производства материалов, становящихся сильнее под действием механической нагрузки. Так они имитируют рост скелетных мышц.
Результаты исследования, представленные в Science, могут открыть путь к долговечным продуктам, способным адаптироваться и укрепляться в зависимости от окружающих условий, сообщает sciencedaily.com. Ученых вдохновил процесс, делающий прочнее скелетные мышцы человека. При физической нагрузке, вроде тренировок в спортзале, их волокна распадаются, стимулируя формирование более крепких структур. Для этого мышцам необходимо поступление аминокислот, компонентов белков, отвечающих за рост новой ткани.
Команда Цзян Пин Гонг взяла данный биологический процесс за основу для системы, использующей «двухсетевые гидрогели». Эти мягкие, но прочные материалы, на 85% состоящие из воды, включают 2 типа полимерных структур: жесткую и хрупкую, и тянущуюся.
Специалисты поместили соединение в раствор с мономерами, молекулами, формирующими полимеры. Он играл роль крови, передающей аминокислоты скелетным мышцам. Растягивание гидрогеля приводило к разрыву некоторых хрупких полимерных цепей. В результате на их концах появлялись механорадикалы. Эти химические структуры могут стимулировать соединение мономеров, поглощенных гидрогелем из раствора, и укрепление материала.
Дальнейшее растягивание приводило к дополнительному разрыву и формированию волокон. В процессе прочность и жесткость гидрогеля увеличились в 1,5 и 23 раза соответственно. Вес полимеров в гидрогеле вырос на 86%. Команде удалось настроить реакцию материала на механическое воздействие, используя специальный мономер, меняющий поведение геля при нагреве. С ростом температуры увеличивалась водостойкость его поверхности.
Авторы уверены, что проект поможет в создании самостоятельно растущих материалов для таких систем, как гибкие экзокостюмы для пациентов с травмами скелета. Их прочность и функциональность будет расти по мере использования.
«Так как многие двухсетевые гели имеют схожие механические свойства, процесс подходит для широкого спектра соединений», — сказала профессор Гонг.
