Уникальный материал, способный на 21-кратное растяжение без повреждений стал результатом совместной работы специалистов из Гарварда (Harvard University), университета Дьюка (Duke University), а также национального университета Сеула (Seoul National University).
В статье, опубликованной в журнале Nature, рассказывается, что материал является гидрогелем, то есть состоит из сети гидрофильных полимерных цепей, и, как следует из названия, содержит воду.
Любопытно, что данный гидрогель был получен путём смешения веществ, обладающих гораздо меньшей тягучестью. Так, альгиновая кислота представляет собой вязкое вещество, которое может растягиваться не более чем в 1,2 раза от первоначальной длины.
Чтобы добиться более высокого растяжения, учёные смешали альгиновую кислоту в пропорции 8:1 с полиакриламидным гелем, который известен тем, что используется при электрофорезе ДНК. Он также не обладает большой тягучестью.
Альгиновая кислота состоит из полимерных цепей, которые образуют между собой слабые ионные связи, захватывая при этом атомы кальция, растворённые в воде (образуются соли альгиновой кислоты — альгинаты). В момент растяжения ионные связи рвутся, освобождая кальций.
Полиакриламид образует сетчатую структуру, которая имеет ковалентную (очень сильную) связь с альгинатом. В результате, если в процессе растяжения материал рвётся (образует трещину), полиакриламидовая сетка распределяет нагрузку по большой площади, растягивая ионные связи альгинатов и даже разрывая их тут и там.
В силу этого процесса гидрогель, даже будучи повреждённым, сохраняет способность к сильному растяжению. Проведённые опыты показали, что, несмотря на многочисленные трещины, материал удалось растянуть в 17 раз от первоначальной длины.
Примечательно, что, если оставить повреждённый гидрогель в покое, через некоторое время он восстановится. Причём процесс формирования новых ионных связей ускоряет повышение температуры окружающей среды. Таким образом, гидрогелевый материал можно использовать снова и снова, он не потеряет эластичность и прочность.
Помимо выдающейся тягучести материал обладает таким важным свойством, как биосовместимость.
"Необыкновенно высокое растяжение вкупе со способностью к восстановлению геля восхищают, – рассказывает Чжиган Суо (Zhigang Suo) из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук. – Теперь, когда мы экспериментально продемонстрировали возможности материала, его можно использовать в самых разных областях человеческой деятельности: в робототехнике, фармацевтике, а также в тканевой инженерии".
В качестве примера учёный приводит хрящевую ткань. Сегодня повреждённый коленный сустав полностью заменяют металлическим аналогом. Однако теперь появилась возможность продвинуться в области создания искусственных суставов, выполняя отдельные необходимые элементы из уникального гидрогеля.
