Полимерный материал под искусственную мышцу открыли учёные

Полимерный материал под искусственную мышцу открыли учёные

Подобно лекарственным препаратам, изменяющим уровень «pH» в организме, имплантированные «искусственные мышцы» способны приводиться в движение под действием луча света. Именно такие «мышцы» — точнее материал, пригодный для изготовления «искусственных мышц» разработали учёные. Материал расширяется или сжимается, демонстрирует силовой потенциал в результате простого освещения лампой. Прототип представлен на выставке Американского химического общества (ACS).

Полимер – аналог мышечной структуры

По факту разработан новый полимер, обладающий уникальным механизмом приведения материальной структуры в действие:

  • сжатия,
  • расширения,
  • сохранения памяти формы.

Материалы стимулирующего действия применяются достаточно часто и в разных отраслях промышленности. Так, существуют разработки, меняющие цветовую гамму, которые успешно применяются, к примеру, в качестве покрытия лобового стекла автомобиля.

Есть материалы, допускающие формирование сосудов, реагирующих на изменения концентраций питательных веществ. Применяются обычно для нужд сельского хозяйства по мере необходимости. Масса похожих применений отмечается в области биомедицины.

И вот, на очереди к практическим испытаниям очередной продукт, созданный специалистами Вашингтонского университета Сент-Луиса. Главной целью разработчиков стояла цель определения способностей материала производить работу, характерную для концепции искусственной мышцы. Для этого пришлось детально изучить группу молекул, так называемых — виологенов, меняющих цвет при добавлении и удалении электронов.

Учёные выяснили, если молекулы связать в группу, складывается структура, подобная «аккордеону». Под вопросом оставались возможности действия складывающихся молекул относительно приведения в движение трехмерной сети, а также возможности обратимого процесса. Для получения ответов на вопросы, специалистам пришлось синтезировать полимерные цепи виологинов.

Экспериментально определили, что при освещении молекул светодиодом синего цвета происходил процесс сложения «аккордеона» при помощи известных фоторедокс катализаторов, активирующих перенос электронов на виологены. Затем полимеры внедрили в структуру водорастворимого трёхмерного гидрогеля.

Эксперименты с полимером на движение и силу

При воздействии лучами света на гель, эффект «аккордеона», демонстрируемый молекулами, фактически «притягивал» гель. В результате материал сжимался на величину в одну десятую от первоначального размера. После отключения света наблюдался обратный процесс. Внедрённый в структуру полимера гидрогель, помимо изменения формы, менял также цвет.

Учёные провели ещё один эксперимент – на работу с нагрузкой. Подвешивали небольшой груз к экспериментальной модели, которая в результате поднимала вес, примерно в 30 раз превышающий массу внедрённого поливиологена. За пять часов действия груз перемещался на несколько сантиметров.


При помощи информации: ACS