Команда американских химиков и биологов разработала новый полимер, который меняет степень жесткости в зависимости от присутствия жидкости. Новый материал копирует свойства морских огурцов - червеобразных иглокожих. Работа ученых появилась в сетевой версии журнала Science 7 марта.
Свойства нового материала в "жестком" состоянии напоминают компакт-диск, а в "мягком" - резину. Полимер размягчается в присутствии водного растворителя. После испарения жидкости разработанный учеными материал вновь становится жестким.
Обычно мягкое тело морских огурцов, с которых был "скопирован" необычный полимер, способно быстро приобретать жесткость для защиты от врагов. Кожный покров морских огурцов содержит сеть чрезвычайно тонких целлюлозных нитей. В случае опасности нервные клетки морских огурцов вырабатывают определенные вещества, которые скрепляют нити вместе. Мягкое тело огурцов покрывается прочной броней. После того как опасность исчезает, другие клетки выделяют белок, ослабляющий связи.
Ученые под руководством Кристофа Ведера (Christoph Weder) выделили целлюлозные нити из тел оболочников - организмов со схожим строением внешних оболочек. Ученые смешали нити со смесью резиновых полимеров. Нити образовали трехмерный каркас, который придавал жесткость полимерному материалу.
Целлюлозные нити оставались соединенными друг с другом благодаря связям между гидроксильными группами, расположенными на их поверхности. В отсутствие молекул, содержащих водород, гидроксильные группы образовывали связи друг с другом, поддерживая сеть в стабильном состоянии. При добавлении растворителя на водной основе, его молекулы, содержащие большое количество гидроксильных групп, соединялись с гидроксильными группами целлюлозных нитей. Соответственно, образованная ими сеть ослаблялась, и полимер становился менее жестким.
При испарении растворителя связи между нитями восстанавливались, и полимер вновь приобретал жесткость.
Ученые видят большие возможности применения нового полимера. Они считают, что его можно использовать для конструкции внутримозговых микроэлектродов. Они были разработаны для лечения некоторых заболеваний, например, болезни Паркинсона. Однако в пилотных экспериментах было показано, что через несколько месяцев микроэлектроды перестают помогать больным. Разработчики предположили, что слишком жесткий материал, из которого сделаны микроэлектроды, повреждает мягкие ткани мозга.
Дастин Тайлер (Dustin Tyler), занимающийся разработкой методов электрической стимуляции считает, что новый материал, способный изменять свою жесткость, поможет решить эту проблему. По его словам, эксперименты по использованию микроэлектродов из нового полимера готовы начаться в ближайшее время.