Химики создали материал, который медленно меняет форму как живой организм

Китайские ученые создали гидрогель, который продолжает постепенно менять форму в течение нескольких недель после однократного воздействия инфракрасного света. Разработка получила название STERS и, по замыслу авторов, должна имитировать медленные изменения живых тканей, например заживление ран и развитие эмбриона. Исследование опубликовано в журнале Matter.

Большинство материалов, способных менять форму под воздействием внешнего сигнала, делают это очень быстро — иногда за миллисекунды. Исследователи решили пойти в противоположном направлении и создать систему, которая перестраивается постепенно.

«Я понял, что хотя организмы способны быстро менять форму, они также проходят медленные долгосрочные изменения», — рассказал Дю Сюэминь, профессор Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук.

В качестве примеров ученый привел заживление тканей и развитие эмбриона. По его словам, существующие материалы для тканевой инженерии либо меняются слишком быстро, либо вообще не способны постепенно перестраиваться.

STERS расшифровывается как Spatiotemporally Evolving Reactive Species — «пространственно-временно эволюционирующие активные частицы». Система состоит из частиц жидкого металла на основе галлия и специальных органических соединений, из которых формируется гидрогель.

Процесс запускает ближний инфракрасный свет. После этого на поверхности частиц металла постоянно происходят реакции окисления и удаления оксидного слоя. Когда защитная пленка снимается, открывается новая поверхность металла, и химические реакции продолжаются. За счет этого гидрогель постепенно перестраивает свою структуру. Исследователи научились задавать направление и масштаб таких изменений — от микроскопических перестроек до заметного изменения формы. В зависимости от условий процесс может занимать от нескольких минут до нескольких недель.

В одном из экспериментов ученые создали материал, который медленно менял цвет примерно в течение месяца. Такой вариант может работать как индикатор длительных процессов без дополнительного источника энергии.

Исследователи также проверили материал в экспериментах со стволовыми клетками. Изменяя свойства гидрогеля, им удалось направлять их развитие в сторону клеток, похожих на костные и нервные.

Еще один вариант использовали для покрытия электрода, предназначенного для интерфейса «мозг — машина». С его помощью ученые наблюдали за изменением электрических сигналов во время развития эмбриона крысы.

«Кроме того, мы изменили поверхность электрода интерфейса "мозг — машина" с помощью этого материала, чтобы отслеживать, как меняются электрические сигналы во время развития эмбриона крысы», — сказал Дю Сюэминь.

По данным авторов, скорость и масштаб перестройки можно подбирать под изменения развивающейся нервной ткани.

У технологии есть серьезное ограничение. Жидкие металлы потенциально способны повреждать ткани, поэтому ученые заключили активный материал между защитными слоями, чтобы он не вытекал в окружающую среду.

Для медицинского применения потребуется решить и другие задачи. В частности, исследователям предстоит научиться подбирать характер перестройки под конкретные ткани, добиваться еще более медленных изменений и управлять ими по требованию с помощью внешних сигналов.

Пока STERS рассматривают главным образом как экспериментальную платформу для сенсорных систем, тканевой инженерии и интерфейсов «мозг — машина».

Химики заставили полимеры светиться под нагрузкой

Создана пленка тоньше человеческого волоса, блокирующая 99,9% радиоволн

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX