211service.com
Plast, který se léčí sám
Vědci z University of Illinois v Urbana-Champaign (UIUC) vyrobili polymerní materiál, který se dokáže opakovaně zacelit, když praskne. Je to významný pokrok směrem k samoléčivým lékařským implantátům a samoopravitelným materiálům pro použití v letadlech a kosmických lodích. Mohl by být také použit pro chlazení mikroprocesorů a elektronických obvodů a mohl by připravit cestu k plastovým povlakům, které se samy regenerují.
Samoléčitel: Nový materiál, který se mnohonásobně hojí, je vytvořen podle vzoru lidské kůže ze dvou vrstev. Polymerní povlak na horní straně obsahuje malé kousky katalyzátoru rozptýlené všude. Substrát obsahuje síť mikrokanálů nesoucích tekuté léčivé činidlo. Když povlak praskne, praskliny se šíří dolů a dosáhnou spodních kanálků, které vytékají hojivé činidlo. Činidlo se mísí s katalyzátorem a tvoří polymer, který vyplňuje trhliny.
První samoopravný materiál ohlásili vědci z UIUC před šesti lety a další výzkumné skupiny od té doby vytvořily různé verze takových materiálů, včetně polymerů, které se opakovaně opravují, když jsou vystaveny teplu nebo tlaku. Ale je to poprvé, co někdo vyrobil materiál, který se dokáže sám několikrát opravit bez jakéhokoli vnějšího zásahu, říká Nancy sottosová , profesor materiálové vědy a inženýrství na UIUC a jeden z výzkumníků, kteří vedli práci.
Je to v podstatě jako dát život plastu, říká Chris Bielawski , profesor chemie na Texaské univerzitě v Austinu. Konečným cílem by bylo vytvořit materiály, které se samy opraví, říká, a to je úžasný důkaz konceptu.
Sottos a její kolegové navrhli nový materiál, o kterém tento týden informovali Přírodní materiály k napodobování lidské kůže. Pokud je vnější ochranná vrstva pokožky proříznuta, vnitřní vrstva, která je naplněna hustou sítí drobných krevních cév, vrhne živiny do rány, aby pomohla hojení. Samoopravný materiál se skládá z epoxidové polymerní vrstvy nanesené na substrát, který obsahuje trojrozměrnou síť mikrokanálků. Epoxidový povlak obsahuje drobné částice katalyzátoru, zatímco kanálky v substrátu jsou vyplněny tekutým léčivým prostředkem.
Aby vědci materiál otestovali, ohýbají jej a praskají polymerní povlak. Prasklina se šíří dolů skrz povlak a dosahuje až k podkladovému mikrokanálu. To přiměje hojivé činidlo, aby proletělo kanály a do trhliny, říká Sottos. Tam se dostane do kontaktu s katalyzátorem a asi za 10 hodin se stane polymerem a vyplní trhlinu. Systém nepotřebuje žádný vnější tlak, aby vtlačil hojivý prostředek do trhliny. Místo toho se kapalina pohybuje úzkými kanály, stejně jako se voda pohybuje brčkem.
Vědci jsou schopni popraskat a znovu zacelit povrch až sedmkrát, než se katalyzátor opotřebuje a přestane fungovat. Další generace samoléčebného materiálu by se podle vědců měla umět vyléčit ještě mnohokrát. Sottos a její kolegové ji navrhují tak, že bude mít dvoudílný systém, který do trhliny vstřikuje léčivo i katalyzátor.
Výzkumníci by také mohli zvýšit regenerační kapacitu materiálu připojením mikrokanálové sítě k malé nádrži, říká Sottos. Pokud v materiálu dojde hojivé činidlo nebo katalyzátor, zásobník by mohl načerpat více.
Mikrokanálový design materiálu by mohl být řešením rostoucího problému hromadění tepla v mikroelektronických čipech. Čipy mikroelektronických obvodů jsou obvykle umístěny na substrátech, které jsou navrženy tak, aby odváděly teplo z obvodu. Tyto tepelné regulátory mají své limity. Místo toho, říká Sottos, byste mohli dát chladicí kapalinu skrz [mikrokanálovou] síť jako malý minivýměník tepla.
Sottos říká, že výzkumníci by mohli použít stejný design s jinými kombinacemi pryskyřic a katalyzátorů, které mohou tvořit různé polymery. To otevírá dveře mnoha dalším aplikacím. Zatímco praktické samoopravné materiály mohou být roky vzdálené, je snadné si představit jejich použití v protetice a lékařských implantátech vyrobených z biokompatibilních samoopravných materiálů. Náklady na materiály by je mohly omezit, alespoň zpočátku, na určité vysoce hodnotné a vysoce výkonné aplikace, jako je použití ve vzduchu a kosmických lodích, říká Ian Bond , profesor leteckého inženýrství na University of Bristol ve Spojeném království.
Podle Bielawského by v budoucnu mohly různé chemické složení vést k levnějším samoopravným materiálům. Mohli byste použít levné epoxidy … které si můžete koupit v Home Depot … jako léčivý prostředek, říká.