Инновационный материал самоликвидируется, если его вовремя не "покормить"

Исследователи работают над материалами, которые самоликвидируются, когда надобность в них пропадает.
Фото Uli Benz/TUM.

Читайте нас в Telegram

Большинство искусственных материалов создаются с расчётом, что они должны прослужить долго. Это важно, когда мы ими пользуемся, но это же преимущество оборачивается недостатком, когда приходит время попрощаться с ними: отработавший своё объект нужно как-то утилизировать. Вдохновлённые биологическими процессами исследователи из Мюнхенского технического университета (TUM) разрабатывают материалы, которые "умирают", если вовремя не покормить.

Если животное или растение не пополняют запасы энергии, поглощая пищу или солнечные лучи, то оно погибает. Иначе обстоят дела с искусственными веществами, которые не нуждаются в подобном энергообмене с окружающей средой. В результате материал долго сохраняет свою форму. Если же человек хочет избавиться от такого материала, то он попросту утилизирует или перерабатывает его, но это не самый эффективный процесс.

До настоящего времени вещества, сделанные руками человека, являлись химически стабильными. Для того чтобы расщепить их до первоначальных компонентов, требовалось немало энергии, говорит ведущий автор статьи Джоб Букховен (Job Boekhoven).

"Природа не производит мусорных свалок. Вместо этого биологические клетки постоянно синтезируют новые молекулы из утилизированного "сырья". Некоторые из этих молекул собираются в более крупные структуры — так называемые надмолекулярные ансамбли (supramolecular assemblies), которые формируют структурные компоненты клетки. Подобные динамические ансамбли вдохновили нас на создание материалов, которые самоликвидируются, когда надобность в них пропадает", — говорит Букховен.

И с целью имитации природных систем учёные TUM создали соединения молекул, которые начинают свободно передвигаться, но собираются в гидрогели, когда добавляется "топливо". Это топливо представляет собой высокоэнергетические молекулы, которые называют карбодиимидами. Химические реакции сохраняют устойчивость материала к воздействию внешней среды до тех пор, пока присутствует запас энергии. Когда он в конце концов иссякает, то материал попросту распадется на молекулы, из которых создан.

 

В лабораторных условиях учёным удалось создать материалы с прогнозируемой "продолжительностью жизни" – от несколько минут до часов. После этого материалы "умирали" и растворялись. Процесс можно перезапустить, если добавить очередную порцию “топлива”.

Разработка может пригодиться при совершенствовании систем доставки лекарственных средств с замедленным высвобождением. Более того, исследование также пригодится для создания "исчезающей" электроники или упаковочных материалов, которые будут самоуничтожаться после использования.

Исследователи говорят, что в краткосрочной перспективе этот метод может быть использован в качестве адресной системы доставки лекарственных средств. Напомним, что такие системы предполагают использование шарообразных структур, которые несут в себе медикаменты и доставляют в любые участки организма. Достигнув цели, они автоматически растворяются и выпускают свой груз прямо у самой "мишени".

Исследователи задумываются также, что разработка пригодилась бы и для создания электронных или пластиковых устройств. Например, можно создавать такие объекты из самоуничтожающихся материалов, что решило бы проблему свалок и загрязнения окружающей среды. Но всё это пока в довольно далёкой перспективе.

Результаты исследования и описание разработки представлены в журнале Nature Communications.

Сегодня