211service.com
Plastik, który sam się leczy
Naukowcy z University of Illinois w Urbana-Champaign (UIUC) opracowali materiał polimerowy, który w razie pęknięcia może się samoregenerować. To znaczący postęp w kierunku samonaprawiających się implantów medycznych i samonaprawiających się materiałów do użytku w samolotach i statkach kosmicznych. Może być również stosowany do chłodzenia mikroprocesorów i obwodów elektronicznych, a także może utorować drogę do samoregenerujących się powłok z tworzyw sztucznych.
Uzdrowiciel: Wzorowany na ludzkiej skórze nowy, wielokrotnie gojący się materiał składa się z dwóch warstw. Powłoka polimerowa na wierzchu zawiera drobne kawałki katalizatora porozrzucane po całej powierzchni. Podłoże zawiera sieć mikrokanalików przenoszących płynny środek leczniczy. Kiedy powłoka pęka, pęknięcia rozprzestrzeniają się w dół i docierają do leżących poniżej kanałów, z których wypływa środek gojący. Środek miesza się z katalizatorem i tworzy polimer wypełniający pęknięcia.
Pierwszy samoleczący materiał został zgłoszony przez naukowców z UIUC sześć lat temu, a inne grupy badawcze stworzyły od tego czasu różne wersje takich materiałów, w tym polimery, które naprawiają się wielokrotnie pod wpływem ciepła lub ciśnienia. Ale to pierwszy raz, kiedy ktoś stworzył materiał, który może się wielokrotnie naprawiać bez żadnej interwencji z zewnątrz, mówi Nancy sottos , profesor materiałoznawstwa i inżynierii na UIUC i jeden z badaczy, który kierował pracami.
Mówi, że to zasadniczo jak dawanie życia plastikowi Krzysztof Bielawski , profesor chemii na Uniwersytecie Teksańskim w Austin. Ostatecznym celem byłoby stworzenie materiałów, które same się naprawiają, mówi, a to jest niesamowity dowód koncepcji.
Sottos i jej koledzy zaprojektowali nowy materiał, o którym informowaliśmy w tym tygodniu Materiały przyrodnicze , aby naśladować ludzką skórę. Jeśli zewnętrzna warstwa ochronna skóry zostanie nacięta, warstwa wewnętrzna, która jest nasycona gęstą siecią drobnych naczyń krwionośnych, szybko dostarcza składniki odżywcze do nacięcia, aby wspomóc gojenie. Materiał samonaprawiający składa się z warstwy polimeru epoksydowego osadzonej na podłożu zawierającym trójwymiarową sieć mikrokanalików. Powłoka epoksydowa zawiera drobne cząstki katalizatora, a kanały w podłożu wypełnione są płynnym środkiem gojącym.
Aby przetestować materiał, naukowcy wyginają go i rozbijają powłokę polimerową. Pęknięcie rozprzestrzenia się przez powłokę i dociera do znajdującego się pod nią mikrokanału. To skłania środek leczniczy do przebijania się przez kanały i do szczeliny, mówi Sottos. Tam wchodzi w kontakt z katalizatorem i po około 10 godzinach staje się polimerem i wypełnia pęknięcie. System nie wymaga żadnego zewnętrznego nacisku, aby wepchnąć środek gojący w szczelinę. Zamiast tego płyn przepływa przez wąskie kanały, tak jak woda porusza się po słomce.
Naukowcom udało się złamać i odnowić powierzchnię aż siedem razy, zanim katalizator zużyje się i przestanie działać. Zdaniem naukowców następna generacja samoleczącego się materiału powinna być w stanie leczyć się wiele razy. Sottos i jej koledzy projektują go tak, aby miał dwuczęściowy system, który wstrzykuje w szczelinę zarówno środek leczniczy, jak i katalizator.
Sottos mówi, że naukowcy mogliby również zwiększyć zdolność regeneracyjną materiału, podłączając sieć mikrokanalikową do małego zbiornika. Jeśli w materiale wyczerpie się środek leczniczy lub katalizator, zbiornik może wpompować więcej.
Konstrukcja mikrokanałowa materiału może być rozwiązaniem narastającego problemu gromadzenia się ciepła w chipach mikroelektronicznych. Zazwyczaj chipy obwodów mikroelektronicznych znajdują się na podłożach, które są zaprojektowane do odprowadzania ciepła z obwodu. Te regulatory ciepła mają swoje ograniczenia. Zamiast tego, mówi Sottos, można by wprowadzić płyn chłodzący do sieci [mikrokanałowej], jak mały mini-wymiennik ciepła.
Sottos mówi, że naukowcy mogliby wykorzystać ten sam projekt z innymi kombinacjami żywic i katalizatorów, które mogą tworzyć różne polimery. Otwiera to drzwi do wielu innych zastosowań. Podczas gdy do praktycznych materiałów samoleczących się jeszcze wiele lat, łatwo sobie wyobrazić ich zastosowanie w protetyce i implantach medycznych wykonanych z biokompatybilnych materiałów samoregenerujących. Koszt materiałów może ograniczać je, przynajmniej początkowo, do pewnych zastosowań o wysokiej wartości i wysokiej wydajności, takich jak zastosowanie w statkach powietrznych i kosmicznych, mówi Ian Bond , profesor inżynierii kosmicznej na Uniwersytecie w Bristolu w Wielkiej Brytanii.
Według Bielawskiego, w przyszłości różne chemikalia mogą prowadzić do tańszych materiałów samoregenerujących. Możesz użyć tanich epoksydów… które możesz kupić w Home Depot… jako środka leczniczego, mówi.