МОСКВА, 7 мая. /ТАСС/. Международная команда исследователей исследовала параметры самосборки "блочного" полимера, что позволит создавать биосовместимые материалы с тонко настраиваемыми механическими свойствами. Такие материалы могут найти применение как импланты или искусственные аналоги различных тканей человека: более жесткие могут заменить хрящ, а более мягкие - кожу или даже жировую ткань, сообщили во вторник в пресс-службе МГУ.
В современном материаловедении, пояснили в пресс-службе, господствуют два подхода к разработке новых материалов: эмпирический (ученые шутливо называют его "методом научного тыка"), в основе которого лежит комбинаторика, и предиктивный, опирающийся на аналитические расчеты и имеющий предсказательную силу. Чтобы создать материал первым путем, ученые перебирают несколько известных параметров в разных сочетаниях до достижения нужного результата, если число таких параметров возрастает, время на поиск оптимального по свойствам материала будет увеличиваться до бесконечности.
"В современном материаловедении никакого времени не хватит на поиски материала под узкие нужды путем перебора, поэтому мы решили сделать ставку на кодирование структуры полимеров, обладающих нужными параметрами. Однако это требует детального знания структуры полимеров, и мы их выяснили", - приводит пресс-служба слова ведущего автора исследования, заведующего лабораторией инженерного материаловедения МГУ Дмитрия Иванова.
Лаборатория ученого занимается изучением способных к самосборке полимеров, состоящих из нескольких частей, или блоков, - блочных сополимеров. Предметом последних исследований служат трехблочные сополимеры, в какой-то степени напоминающие "нано-гантели" с ворсистой рукояткой. Краевые части этой "гантели" образованы классическим линейным полимером, который создает нанометровые стеклообразные шарики, а центральная - эластичной молекулой со множеством боковых ответвлений, из-за чего даже в научной литературе ее называют "бутылочным ершиком".
Если много таких "гантелей" поместить в одном пространстве, то они начнут организовываться в сетчатую структуру с жесткими стеклообразными шариками, соединенными эластичными "ершиками". Этот процесс называется молекулярной самосборкой, и физические характеристики внутри этой самоорганизующейся сетчатой структуры изменяются в ходе "сборочного" процесса. Исходный трехблочный полимер может быть очень мягким в исходном недеформированном состоянии, но при натяжении становится прочным. Характеристики материала, образующегося при молекулярной самосборке, зависят от размера сфер, а также от длины эластичных блоков между ними.
Исследования во Франции
Чтобы изучить натяжение "ершика" близ жесткой сферы и проследить, как оно изменяется внутри самоорганизовавшейся сетки, ученые использовали возможности, предоставленные Европейским центром синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле (Франция).
Синхротронная линия, использованная в экспериментах, способна давать информацию о структуре макромолекул в диапазоне размеров от единиц ангстрем (одна десятимиллиардная доля метра) до нескольких микрон (миллионные доли метра). Именно такой широкий диапазон требуется для исследования структуры подобной системы со сложной внутренней организацией.
Детально изучив структурные параметры данного полимера, ученые пришли к пониманию того, как можно создавать материалы с заданными механическими свойствами из трехблочных сополимеров.
"Поскольку материал из описанных триблок-сополимеров биологически совместим с тканями человека, а также не требует использования растворителей и других дополнительных компонентов для достижения заданных механических свойств, из него возможно изготавливать импланты для различных типов тканей", - отметили в пресс-службе МГУ.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Macro Letters.
Предыдущие исследования команды Дмитрия Иванова в составе международной команды позволили создать из таких же трехблочных сополимеров синтетический материал, который при деформации изменяет цвет подобно коже хамелеона.