Международная команда исследователей, которую возглавляет Дмитрий Иванов из МГУ, объявила о создании материала, реагирующего на механические воздействия изменением прочности и цвета. Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Science.
Среди специалистов подобные системы (как живые, так и искусственные) называются средствами активного камуфляжа, хотя собственно камуфляжем эти средства отнюдь не ограничиваются. Хамелеон, меняющий цвет кожи в зависимости от своего состояния, в этом смысле не одинок: средства активного камуфляжа встречаются также у некоторых головоногих и амфибий, мягкая, податливая кожа которых под внешним механическим воздействием быстро и сильно упрочняется, предотвращая своё разрушение. Учёные давно пытаются создать материалы, обладающие такими же свойствами, однако у разработанных к настоящему времени полимеров изменение механических характеристик при деформации происходит на порядки слабее, чем у живых тканей. А уж о том, чтобы изготовить материал, совмещающий способность сильного упрочнения при растяжении и изменения цвета, до сих пор даже и не мечтали. Теперь такой материал есть.
В основе разработки учёных — так называемые сополимеры, то есть полимеры, которые составлены из нескольких разных частей. Но, по словам Дмитрия Иванова, созданный авторами статьи сополимер существенно отличается от обычных, линейных. Новая макромолекула больше напоминает нечто похожее на гантель с ворсистой рукояткой. В центре конструкции находится элемент с множеством ответвлений, похожий на ёршик для чистки бутылок, из-за чего этот элемент принято называть "щёткой". Особенность такой молекулярной щётки, в своё время разработанной в США, заключается в том, что она обладает достаточной жёсткостью. Материал, состоящий из таких щёток, изначально вполне эластичный, но при деформации может очень быстро упрочняться.
Кроме того, новые полимеры обладают способностью к молекулярной самосборке. Она заключается в том, что в нужных условиях такая система способна сама собраться из элементарных кирпичиков, то есть макромолекул, в сложную иерархическую структуру, обладающую совершенно другими свойствами, нежели исходные кирпичики в неорганизованном состоянии. Таким образом происходит процесс превращения наноразмерных частиц в материал, обладающий строго заданными свойствами.
Учёные впервые смогли закодировать в молекулярной структуре таких полимеров все нужные для практического использования свойства. Прежде всего это зависимость механического напряжения от деформации (кривая деформации, как говорят специалисты). По этому параметру материал можно сделать точной копией живых тканей.
Среди возможностей, которые предоставляет этот материал, Иванов особенно отмечает его применение в медицине при изготовлении биоимплантов. Здесь с его помощью можно избавиться от так называемой проблемы механического несоответствия. Речь о том, что по своим механическим свойствам биоимплант должен быть максимально похож на окружающую живую ткань, иначе пациент оказывается под угрозой травм.
Ещё одним важным элементом синтезированных молекулярных гантелей являются концевые части. При самосборке они собираются в наноразмерные "стеклянные шарики". Такие шарики создают эффект активного камуфляжа, поскольку они находятся на таких расстояниях друг от друга, чтобы создавать условия для дифракции видимого света. Механические деформации такой ворсистой гантели меняют условия дифракции света, взаимодействующего с этими шариками, что в конечном итоге меняет цвет материала от голубоватого до светло-зелёного. Таким образом, новые материалы могут точно воспроизвести не только деформационные кривые живых тканей, но и оптические цветовые эффекты, которые объясняются чисто физическим явлением — дифракцией света. И, самое главное, эти материалы впервые могут приблизиться к живым тканям по степени реакции на механические нагрузки.
"Наши материалы, – говорит Иванов, – можно программировать в широком диапазоне механических и цветовых характеристик, достаточно задать необходимые структурные параметры молекулярных "щёток". Этот подход аналогичен кодированию нашей наследственной информации в цепочках ДНК".
Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о материале, "скопированном" с мышц осьминога.
Источник poliksal.ru