В МДУ създадоха нов полимерен материал, който може да се превърне в изкуствен аналог на човешка кожа

Руски учени от Московския държавен университет „М. В. Ломоносов” (МДУ) и техни колеги от САЩ и Франция създадоха нов полимерен материал, който в бъдеще може да се превърне в изкуствен аналог на човешка кожа.

Тестовете на уникалните свойства на новия материал направиха в Московския държавен университет. Резултатите са публикувани в списанието ACS Central Science.

През 2018-а международна група учени, в чийто състав влиза ръководителят на лабораторията за инженерни материали проф. Дмитрий Иванов, публикува статия в списанието Science, в която съобщават, че са създали синтетичен аналог на хамелеонова кожа, която реагира на механичните натоварвания, като променя цвета и якостта си. Според експертния съвет на Руската научна фондация (РНФ) изследването влиза в списъка на най-значимите работи на руските учени за 2018-а.

През 2019-а изследователите успяват да създадат уникална синтетична платформа за проектиране на материали, които възпроизвеждат деформиращите свойства на меки живи тъкани.

„Кожата притежава уникални свойства. Тя е едновременно мека и еластична при досег. Целостта й може да бъде нарушена от много силен механичен ефект, тъй като при разтягане силата на кожата рязко се увеличава. Този защитен механизъм се е развил у живите същества в процеса на еволюция”, обяснява проф. Дмитрий Иванов (на снимката). Ученият подчертава, че до момента не се е случвало чрез синтетичен материал да се възпроизведе мекостта на живата тъкан със значителното втвърдяване при деформация. Когато създават нови материали, на изследователите винаги се е налагало да избират между мекотата и здравината.

Например хидрогеловете са много меки, но не им достига механична сила. В същото време формата и механичните свойства на изделията от хидрогел зависят много от влажността. Когато има излишък от физиологична течност в тялото, подобен вид материал може да набъбне и да се спука.

Авторите на проучването, което ръководи проф. Иванов, измислят нов уникален полимерен материал. Става дума за сложна молекула, състояща се от няколко части и способна да се сглобява самостоятелно.

На дългата част на полимерната молекула са навити молекулярни нишки. Системата напомня на четка за чистене на бутилки. В краищата на „четката“ се намират терминални участъци – молекули с химичен състав, различен от основната верига. Когато полимерът се самосглобява, крайните участъци образуват стъклени и много силни нанотопки, а дългите вериги на дръжката образуват решетка, която е потопена в средата на нишките. В началото материалът, съставен от тези „четки“, е еластичен, но при деформация се втвърдява много бързо.

Учените изучават механизма на деформации на полимера. Те определят механичните параметри на удължаването на „дръжката на четката“ в зависимост от дължината на нишките. Оказва се, че когато страничните нишки са дълги, то и втвърдяването е изразено по-силно. Става дума за т.нар. волейболен мрежов ефект, който лесно се разгръща, но е невъзможно да бъде деформиран.

„Четки” с различна дължина на нишките са интересни, защото могат да възпроизведат механиката на различни биологични тъкани “, коментира проф. Дмитрий Иванов. Той отбелязва още, че принципно полимерите не съдържат цитотоксични вещества, нито разтворител като водата, което би могло да доведе до неконтролирана промяна във физичните и химични свойства на импланта.

Сега екипът на проф. Иванов се подготвя за нов етап в изследването на механичните свойства на синтезирания материал с помощта на модерно оборудване, което ще бъде инсталирано в Химическия факултет на Московския държавен университет.

Проф. Дмитрий Иванов напуска Русия в средата на 90-те години и за четвърт век прави изключително успешна научна кариера в Европа. След няколко години в Свободия университет в Брюксел той застава начело на Института по материалознание във френския град Мюлуз, който е част от Националния научен център на Франция. През 2011 г. той печели огромна субсидия за създаването на нова научна лаборатория към факултета по фундаментална физико-химична техника на МДУ. От този момент професорът участва в научни проекти както в Русия, така и във Франция. В последните години екипът на проф. Дмитрий Иванов изучава механичните свойства на биосъвместимите полимерни материали.