Никто не знает свойств человеческой кожи лучше, чем исследователи, которые пытаются ее воссоздать. Наша кожа имеет не только замечательную чувствительность, позволяющую отправлять в мозг точную информацию о давлении на нее и температуре окружающей среды, но при этом она еще и сама эффективно лечится, оставаясь надежным защитным барьером против всего мира. Сочетание этих двух функций в одном синтетическом материале представили стэнфордский профессор Женан Бао с кафедры химической инженерии со своей командой.
Ученые преуспели в создании первого материала, который способен ощущать не только легкие прикосновения, но даже исцелять себя при разрывах или порезах. Результаты их исследований опубликованы в журнале Nature.
«В последнее десятилетие были достигнуты крупные успехи в создании синтетической кожи, — рассказывает профессор Бао, руководитель исследовательской группы. — Но даже у самых эффективных из самовосстанавливающихся материалов есть серьезные недостатки. Одни нужно было подвергать серьезному воздействию высоких температур, чтобы они «заработали», а это делало их непрактичными для частого использования. Другие могли исцеляться при комнатной температуре, но, «лечение» пореза изменяло механическую или химическую структуру ткани. Поэтому такие материалы могли восстанавливаться только один раз. И что самое главное, самовосстанавливающийся материал обязательно должен быть хорошим проводником электричества».
«Чтобы материалы этого вида взаимодействовали с цифровым миром, в идеале они должны быть токопроводящими,» — сказал Бенджамин Чи-Кеонг Ти, основной автор статьи.
Ученым удалось путем объединения двух ингредиентов получить то, что профессор Бао называет «лучшим из обеих областей» — способность к самовосстановлению от пластмасс и полимеров и способность к проводимости от металлов.
Они начали с пластиковых длинных цепочек молекул, соединенных водородными связями — относительно слабое притяжение между положительно заряженными и отрицательно заряженными областями позволяют материалу самовосстанавливаться. Для того чтобы придать материалу упругость, исследователи добавили в него частицы никеля. Это повысило еще и токопроводность. В результате получился полимер с необычными характеристиками. «Большинство пластмасс — хорошие изоляторы, но эта — отличный проводник», — сказал Бао.
Следующий шаг должен позволить понять, насколько хорошо материал после повреждения может восстановить свою механическую прочность и электропроводность.
Исследователи взяли тонкую полоску материала, скальпелем разрезали его пополам, а после аккуратно сжали куски вместе в течение нескольких секунд. Обнаружилось, что порез почти затянулся — первоначальная прочность и электропроводность восстановились на 75 процентов. А в течение 30 минут и почти на все 100%. «Даже коже человека требуется несколько дней, чтобы залечиться», — сказал Ти.
Уже сейчас, как считает профессор Бао, материал получился достаточно чувствительным, чтобы ощутить рукопожатие. Может, поэтому он идеально подходит для использования в медицинском протезировании.
