Исследователи из Университета Вирджинии разработали новый материал для 3D-печати на основе полиэтиленгликоля (ПЭГ), который сохраняет гибкость и при этом совместим с иммунной системой организма. Исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials 29 октября, было проведено под руководством Лихэна Цая, доцента кафедры материаловедения и инженерии, а первым автором статьи стал аспирант Байцян Хуан.
Аспирант инженерного факультета Университета Вирджинии Байцян Хуан (слева) и доцент Лихэн Цай (Фото: Мэтт Коснер, инженерный факультет Университета Вирджинии)
Команда обратила внимание на ключевое ограничение существующих ПЭГ-сетей, которые становятся хрупкими и теряют целостность при растяжении. Традиционное производство ПЭГ-сетей включает создание сетей в воде и последующее удаление воды, в результате чего образуются кристаллизованные структуры, которые не могут эффективно растягиваться. Такая хрупкость ограничивает применение ПЭГ в приложениях, требующих гибкости, таких как строительные леса для синтетических органов.
Исследователи применили конструкцию «складная щётка для бутылок» для создания эластичных материалов на основе ПЭГ. Эта молекулярная архитектура предполагает наличие гибких боковых цепей, отходящих от центральной оси, которые могут складываться, как гармошка, сохраняя дополнительную длину, которая высвобождается при растяжении. «Наша группа открыла этот полимер и использовала эту архитектуру, чтобы показать, что любые материалы, созданные таким образом, очень эластичны», — сказал Цай.
С помощью полимеров, полученных из складных бутылочек Лихена Цая, можно создавать различные структуры материалов с разными свойствами, которые можно использовать в самых разных областях — от трансплантации органов до аккумуляторных технологий. (Источник: Инженерный факультет Университета Вирджинии)
Чтобы создать этот материал, Хуан в течение нескольких секунд подвергал смесь прекурсоров воздействию ультрафиолетового излучения, что запускало процесс полимеризации и формировало структуру в виде кисточки для рисования. В результате этого процесса получаются гидрогели и эластомеры, пригодные для 3D-печати, которым можно придавать различную форму с помощью ультрафиолетового излучения. «Мы можем менять форму ультрафиолетового излучения, чтобы создавать множество сложных структур», — сказал Хуан, отметив, что структуры могут быть как мягкими, так и жёсткими, но при этом эластичными.
Лабораторные испытания подтвердили биологическую совместимость материала: клетки успешно культивировались вместе с новыми материалами на основе ПЭГ. Помимо применения в медицине, исследователи обнаружили, что этот материал обладает более высокой электропроводностью и растяжимостью, чем существующие твердотельные полимерные электролиты, что позволяет предположить его потенциальное использование в аккумуляторных технологиях. Работа была профинансирована Национальным научным фондом, Национальным институтом здравоохранения и другими организациями.
>>>АРХИТЕКТУРНЫЕ МАКЕТЫ. УЛИЧНЫЕ МАКЕТЫ ЗДАНИЙ<<<
