Поиск - новости науки и техники

Новая шкура. Создана искусственная кожа из «бутылочных ёршиков»

09.05.2019

Учёные научились делать искусственную кожу из наноскопических “бутылочных ёршиков”. Международная команда исследователей под руководством сотрудника МГУ имени М.В. Ломоносова Дмитрия Иванова исследовала биосовместимые самоорганизующиеся полимеры и выявила, что из них можно создавать импланты и аналоги тканей человека. Например кожу, хрящи и даже жировую ткань. Результаты этого исследования опубликованы 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 ведущий автор исследования, заведующий лабораторией инженерного материаловедения МГУ Дмитрий Иванов.

Для создания материала из “ёршиков” команда Иванова, использовала так называемые скейлинговые закономерности. Они позволяют целенаправленно создавать искусственные ткани с заранее заданными механическими свойствами, не прибегая к эмпирическому перебору бессчетного количества вариантов. Сополимеры, с которыми работали исследователи, в какой-то степени напоминают нано-гантели с ворсистой рукояткой. Их краевые части образованы классическим линейным полимером, а центральная — эластичной молекулой со множеством боковых ответвлений. Их концевые линейные блоки создают нанометровые стеклообразные шарики, а центральная часть — натягивается, приобретая вид нано-гантели. Именно поэтому, даже в научной литературе их называют “бутылочными ёршиками”.


Схематическое изображение трёхблочных сополимеров (а), самоорганизованной макромолекулярной структуры из них (b) и места сочленения среднего и концевого блока сополимера  // Источник: Dimitri A. Ivanov, Charles Clair et al. Strained Bottlebrushes in Super-Soft Physical Networks. ACS Macro Letters 0, 8. DOI: 10.1021/acsmacrolett.9b00106

Ученые установили, что если такие «гантели» поместить в одном пространстве, то они начнут организовываться в сетчатую структуру с жесткими стеклообразными шариками, соединёнными эластичными «ёршиками». Этот процесс называется молекулярной самосборкой. И физические характеристики внутри этой самоорганизующейся сетчатой структуры изменяются в ходе “сборочного” процесса.


Микрофотографии, полученные с помощью сканирующего атомно-силового микроскопа. В верхнем ряду — микрофотографии индивидуальных молекул с щеточным блоком разной длины и одинаковыми концевыми блоками. В нижнем ряду — микрофотографии самособранных структур из трёхблочных сополимеров, имеющих концевые блоки разной длины и одинаковые щеточные блоки. // Источник: Dimitri A. Ivanov, Charles Clair et al. Strained Bottlebrushes in Super-Soft Physical Networks. ACS Macro Letters 0, 8. DOI: 10.1021/acsmacrolett.9b00106 (Supplementary materials)

Специалисты изучили натяжение «ёршика» близ жёсткой сферы и проследили, как оно изменяется при удалении в сторону центра трёхблочного сополимера внутри самоорганизовавшейся сетки. И установили, что исходный трёхблочный полимер может быть очень мягким в исходном недеформированном состоянии. А при натяжении становится прочным. Иными словами, «ведёт себя» подобно человеческой коже!

Если «бутылочным ершикам» задать необходимые свойства: упругость, цвет и форму – то предложенная модель тут же выдаст набор параметров, подобных генетическому коду живых существ. А их уже можно использовать при синтезе трёхблочных сополимеров, в результате самосборки которых и образуется «искусственная кожа».

Что примечательно, для создания имплантов из триблок-сополимеров не требуется применение растворителей и других дополнительных компонентов. И, самое главное, «бутылочные ёршики» биологически совместимы с тканями человека.

Елена Степанова

Нет комментариев