Drukuj

Samouzdrawiający się polimer

Samouzdrawiający się polimer
Naukowcom z uniwersytetu stanowego Illinois w Urbana Champaign (UIUC) w Stanach Zjednoczonych, udało się stworzyć tworzywo sztuczne, które samoistnie, bez żadnych zewnętrznych bodźców, potrafi zreperować swoje uszkodzenia.

Odkrycie amerykańskich badaczy wywołało sensację w naukowym świecie. Poinformowały już o nim prestiżowe "Nature Materials" oraz "Technology Review", a w Polsce m.in. Kopalnia Wiedzy.

Wszyscy naukowcy są zgodni. Mamy oto do czynienia z ważnym krokiem na drodze do opracowania materiałów, z których w przyszłości będzie można wytwarzać samodzielnie naprawiające się implanty medyczne oraz samoloty.

Wprawdzie od kilku lat znane są już materiały, które same się naprawiają, ale odbywa się to pod wpływem ciepła lub ciśnienia. Są wykorzystywane w samonaprawiających się oponach, gdzie lepki żel pod wpływem nacisku na powierzchnię, łata powstałą dziurę.

Tym razem jednak nastąpił przełom. Cały proces zachodzi bowiem bez jakiejkolwiek ingerencji z zewnątrz. – To prawie tak jakby tchnąć życie w plastik - ocenia Chris Bielawski, profesor chemii z uniwersytetu w Teksasie.

Naukowcy tworzyli nowy materiał wzorując się na ludzkiej skórze, a dokładnie na jej budowie i sposobie funkcjonowania. Oto bowiem jej zewnętrzna część składa się z szeregu warstw. Ich rolą jest permanentna odbudowa naskórka. Z kolei wewnętrzna część dostarcza krew niosącą niezbędny do odbudowy budulec.

Ponieważ skóra działa jak bariera ochronna, to wszystkie skaleczenia muszą być naprawiane natychmiast. Uraz powoduje, że krew z wewnętrznych warstw skóry wypływa na zewnątrz, tworząc strup. Następnie zraniony fragment regeneruje się dzięki dostarczanym przez organizm składnikom.


Nowatorskie tworzywo ma bardzo podobną charakterystykę. Także kłada się z dwóch warstw. Zewnętrzną tworzy żywica epoksydowa. Znajduje się w niej katalizator, czyli związek przyspieszający reakcje chemiczne.

Z kolei wewnętrzną warstwę wypełnia przestrzenny układ mikrokanalików, w którym umieszczono specjalną substancję. Są to cząsteczki tzw. monomery dwucyklopentadienu (DCPD), które po połączeniu ze sobą tworzą polimer - podstawowy budulec żyjącego plastiku.

Podczas przeprowadzania specjalnych testów naukowcy zagięli swój materiał w taki sposób, że warstwa zewnętrzna pękła. Powstała w wyniku tego działania szczelina sięgała do mikrokanalików.

Substancja wyciekła z kanalików. W ciągu 10 godzin pod wpływem katalizatora zmieniła się w żywicę epoksydową, która całkowicie załatała powstałe pęknięcie.

Analizując budowę mikrokanalików, trzeba wspomnieć o ich trójwymiarowości. Pionowe kanały dostarczają substancję leczącą do szczeliny, a poziome zapewniają jej uzupełnianie. Obecny w kanałach DCPD ma bardzo niską lepkość, dzięki czemu przelewa się przez nie bez problemów. Następnie szczelnie wypełnia powstałą lukę. Skuteczność mechanizmu zależy od tego, jak dużo katalizatora pozostało w zewnętrznej powłoce.

Co szczególnie ważne, materiał nie wymaga najmniejszego choćby zewnętrznego sprężania, które wypychałoby substancję z kanalików. Samoistnie przesuwa się on w górę, podobnie jak woda w wąskim naczyniu.

Badaczom podczas testów udało się siedmiokrotnie doprowadzić do samonaprawy materiału. Później katalizator przestał działać.

Zdaniem fachowców zdolności materiału do samonaprawy można jeszcze poprawić. Wystarczy tylko podłączyć zewnętrzny zbiornik z płynem, który uzupełniałby niedobory w mikrokanalikach.

Badacze przewidują też, że ich wynalazek znajdzie wiele zastosowań. W przyszłości może być wykorzystany przy konstrukcji samolotów. Skorzysta na nim również medycyna, bo w dentystyce samonaprawiające się polimery posłużą do tworzenia implantów.