Nowy kompozyt naprawi się sam

Nowy kompozyt naprawi się sam

Naukowcy z University of Pittsburgh opracowali modele obliczeniowe pomocne w zaprojektowaniu nowego żelu polimerowego, który będzie posiadał możliwość kompleksowej regeneracji. Głównymi badaczami, biorącymi udział w projekcie byli doktor Anna C. Balazs oraz profesor Robert VD Luft.

„To jeden ze Świętych Grali inżynierii materiałowej,", powiedziała dr Balazs. „Podczas gdy inni opracowali już materiały, które mogą naprawić swoje drobne wady, nie ma dotąd opublikowanych badań dotyczących systemów, które mogą regenerować część odciętego materiału. Ma to ogromny wpływ na trwałość, ponieważ może potencjalnie wydłużyć żywotność elementu, nadając mu możliwość regeneracji nawet po trwałym uszkodzeniu."

Zespół badawczy został zainspirowany przez procesy biologiczne występujące wśród takich gatunków jak płazy, które mogą regenerować odcięte kończyny. Ten typ regeneracji tkanek jest realizowany przez zestaw trzech krytycznych instrukcji – inicjacji, propagacji i zakończenia – które dr Balazs opisuje jako „piękną, dynamiczną kaskadę zdarzeń biologicznych".

„Patrząc na procesy regeneracji tkanek biologicznych u w płazów, stwierdziliśmy, że możemy powielić je na gruncie materiałów syntetycznych. Musieliśmy opracować system, który najpierw zanotuje ubytek materiału, następnie zainicjuje jego drost, a następnie będzie go propagował, aż osiągnie odpowiedni rozmiar, by finalnie zakończyć cały proces."

„Naszym największym wyzwaniem było rozwiązanie problemu transportu w obrębie materiału syntetycznego. Organizmy biologiczne posiadają układ krążenia – materiały syntetyczne, rzecz jasna, nie, więc potrzebowaliśmy czegoś co, zachowywałoby się jak czujnik do inicjowania i kontroli procesu."

Zespół opracował hybrydową substancję nanopręcików osadzonych w polimerowym żelu który jest otoczony przez roztwór zawierający monomery i środki sieciujące. To one inicjują właściwą replikację. Gdy część żelu zostaje oderwana, nanopręciki w pobliżu miejsca cięcia działają jak czujniki i migrują do nowotworzonego interfejsu. Interfejs tworzony jest poprzez reakcję wywołanej polimeryzacji monomerów i środków sieciujących w zewnętrznym roztworze. Naukowcy opracowali modele obliczeniowe, które pozwalają kontrolować proces, w taki sposób, aby polimeryzacja mogła zostać przerwana w określonym momencie.

W przyszłości naukowcy planują usprawnić proces i umocnić więzi między starym i nowo utworzonym żelem. Następne badania skupią się nad optymalizacją procesu wielowarstwowego wzrostu, tworząc bardziej złożone materiały o różnych funkcjach.

(rr)