Создан самовосстанавливающийся чувствительный материал

Новый материал может быть использован в протезировании, а также при создании электронных устройств.

Ученые далеко не первый год пытаются создать материал, который имитировал бы человеческую кожу, имел такие же характеристики и мог выполнять подобные функции. Главными качествами кожи, которые пытаются воссоздать ученые, являются чувствительность и способность заживляться. Благодаря этим свойствам человеческая кожа посылает мозгу сигналы о температуре и давлении и служит защитным барьером от раздражителей окружающей среды.

Команде профессора химической инженерии Стэнфордского университета Чженана Бао в результате кропотливой работы впервые удалось создать материал, который соединяет в себе эти два качества.

За последние десять лет было создано немало образцов "искусственной кожи", однако даже самые совершенные из них имели очень серьезные недостатки. Некоторым из них для "заживления" требуется воздействие высокой температуры, что делает невозможным их ежедневное использование в бытовых условиях. Другие восстанавливаются при комнатной температуре, но при восстановлении меняется их механическая или химическая структура, что делает их, по сути, одноразовыми. Но самое главное, ни один из этих материалов не был хорошим проводником электричества.

Чженану Бао и его коллегам удалось сделать большой шаг вперед в этом направлении и впервые соединить в одном материале самовосстановление пластикового полимера и электропроводность металла.

Начали ученые с пластмассы, которая состояла из долгих цепочек молекул, соединенных водородными связями. Это довольно слабая связь между положительно заряженной областью одного атома и отрицательно заряженной областью следующего. Такая структура позволила материалу эффективно самовосстанавливаться после внешнего воздействия. Молекулы довольно просто разрушаются, но затем снова соединяются в изначальном виде. В результате получился гибкий материал, который ученые сравнили с оставленной в холодильнике ириской.

К этому упругому полимеру ученые добавили микрочастицы никеля, которые увеличили механическую прочность материала. Кроме того, эти частицы повысили его электропроводность: ток легко проводится от одной микрочастицы к другой.

Результат оправдал все ожидания. "Большинство пластмасс являются хорошими изоляторами, а у нас получился отличный проводник", - резюмировал Чженан Бао.

Затем ученые испытали способность материала к восстановлению. Они наполовину разрезали небольшой кусочек матеарила ножом. Слегка прижав две образовавшиеся части друг к другу, исследователи обнаружили, что материал на 75% восстановил свою изначальную прочность и электропроводность. Через полчаса материал полностью восстановил свои изначальные свойства.

"Даже человеческой коже требуется несколько дней для заживления. Так что, по-моему, мы добились весьма хорошего результата", - отметил коллега Бао Бенджамин Чи Кион Тее.

Новый материал успешно прошел и следующее испытание - 50 циклов надрез-восстановление.

Исследователи не собираются на этом останавливаться. В будущем они хотят добиться более эффективного использования частиц никеля в материале, поскольку они не только делают его крепким и улучшают электропроводность, но и снижают способность к самовосстановлению. Использование более мелких частиц металла может сделать материал еще более эффективным.

Измерив чувствительность материала, ученые выяснили, что он способен обнаружить и реагировать на давление с силой рукопожатия. Потому Бао и его команда уверены, что их изобретение может быть использовано в протезировании конечностей. Кроме того, они собираются сделать свой материал максимально тонким и прозрачным, чтобы он мог использоваться для покрытия электронных устройств и их экранов.

[1], [2], [3]