Новый гидрогель на основе полимерных структур способен восстанавливать поврежденные связи и увеличивать свою жесткость и прочность после воздействия механических нагрузок.
Японские исследователи разработали способ создания материалов, прочность которых возрастает при каждом механическом воздействии, аналогично укреплению мышц в процессе физических упражнений. Как поясняют Цзяньпин Гун (Jian Ping Gong) и ее соавторы из Университета Хоккайдо, вдохновением для разработки послужила структура мышечной ткани. Особенности технологии производства этих материалов изложены в статье, опубликованной в журнале Science.
Во время интенсивных тренировок под воздействием больших нагрузок в мышцах наблюдается незначительное повреждение белковых волокон, сопровождаемое формированием новых, более крепких и мощных. Подобную стратегию использовали и японские исследователи, создав гидрогель, состоящий из двух полимерных элементов: одного – обладающего высокой прочностью и жесткостью, другого – характеризующегося гибкостью и эластичностью. При этом материал состоит более чем на 85 процентов из жидкости, содержащей мономеры – вещества, способные формировать молекулы обоих полимеров.
Воздействие механических сил приводит к разрыву отдельных цепей в «жестком» полимере. На образовавшихся свободных концах сразу же инициируются новые процессы полимеризации с использованием имеющихся мономеров, что способствует повышению прочности материала. В ходе лабораторных испытаний японские ученые продемонстрировали, что после нескольких циклов нагружения масса полимеров в гидрогеле увеличилась на 86 процентов. Параллельно с этим, его прочность возросла в 1,5 раза, а жесткость — на 23 процента.
Авторы уверены, по мнению разработчиков, данная технология позволит создавать самовосстанавливающиеся, гибкие и надежные материалы, которые найдут применение в робототехнике, при производстве экзоскелетов, а также в медицине для восстановления поврежденных мышц.