Исследователи из Иллинойса разработали материалы, которые не только исцеляют, но и регенерируют. До сих пор самовосстанавливающиеся материалы могли склеивать только крошечные микроскопические трещины. Новые регенерирующие материалы заполняют большие трещины и ямы за счет отрастания материала.В состав исследовательской группы, возглавляемой профессором Скоттом Уайтом, входят профессора Джеффри С. Мур и Нэнси Соттос, а также аспиранты Бретт Крулл, Винди Санта-Крус и Райан Гергели.
Они сообщают о своей работе в номере журнала Science от 9 мая.«Мы продемонстрировали восстановление неживой системы синтетических материалов способом, который напоминает восстановление путем повторного роста, наблюдаемое в некоторых живых системах», — сказал Мур, профессор химии.
Такие возможности самостоятельного ремонта были бы благом не только для коммерческих товаров — представьте себе покореженный автомобильный бампер, который самовосстанавливается за считанные минуты после аварии, — но также для деталей и продуктов, которые трудно заменить или отремонтировать, например, тех, которые используются в аэрокосмические приложения.Регенерирующие способности основаны на предыдущей работе команды по разработке сосудистых материалов.
Используя специально разработанные волокна, которые распадаются, исследователи могут создавать материалы с сетями капилляров, вдохновленными биологическими системами кровообращения.«Сосудистая доставка позволяет нам доставлять большое количество лечебных агентов, что, в свою очередь, позволяет восстанавливать большие зоны повреждения», — сказал Соттос, профессор материаловедения и инженерии. «Сосудистый доступ также позволяет выполнять множественные реставрации, если материал поврежден более одного раза».
Для регенерирования материалов два смежных параллельных капилляра заполнены регенерирующими химическими веществами, которые вытекают при повреждении. Две жидкости смешиваются, образуя гель, который перекрывает зазор, вызванный повреждением, заполняя трещины и отверстия. Затем гель затвердевает в прочный полимер, восстанавливая механическую прочность пластика.
«Мы должны бороться с множеством внешних факторов для регенерации, включая гравитацию», — сказал руководитель исследования Уайт, профессор аэрокосмической техники. «Реактивные жидкости, которые мы используем, довольно быстро образуют гель, так что, когда он высвобождается, он сразу начинает затвердевать. Если бы этого не произошло, жидкости просто вылились бы из поврежденной области, и вы, по сути, истекли бы кровью. Потому что он образует гель, он поддерживает и удерживает жидкости. Поскольку это еще не конструкционный материал, мы можем продолжить процесс отрастания, закачав больше жидкости в отверстие ».
Команда продемонстрировала свою регенерирующую систему на двух самых больших классах промышленных пластиков: термопластах и термореактивных пластиках. Исследователи могут настроить химические реакции, чтобы контролировать скорость образования геля или скорость затвердевания, в зависимости от типа повреждения. Например, удар пули может вызвать серию излучающих трещин, а также центральное отверстие, поэтому реакцию геля можно замедлить, чтобы химические вещества просочились в трещины до затвердевания.Исследователи представляют себе коммерческие пластмассы и полимеры с сосудистыми сетями, заполненными регенерирующими агентами, готовыми к использованию всякий раз, когда происходит повреждение, во многом как биологическое исцеление.
Их предыдущая работа обеспечивала простоту производства, поэтому теперь они работают над оптимизацией регенеративных химических систем для различных типов материалов.«Впервые мы показали, что вы можете регенерировать потерянный материал в структурном полимере. Это главное, — сказал Уайт. — До этой работы, если вы отрежете кусок материала, он исчезнет.
Теперь мы показал, что материал действительно может отрастать ».Мур, Соттос и Уайт также связаны с Институтом передовых наук и технологий им. Бекмана в Соединенном Королевстве.
Управление научных исследований ВВС США поддержало эту работу.