Материаловеды МГУ проверили «искусственную кожу» на прочность

Материаловеды МГУ проверили «искусственную кожу» на прочность

Международная группа ученых с участием профессора Дмитрия Иванова исследовала механические свойства нового уникального полимерного материала, который в перспективе может стать искусственным аналогом человеческой кожи

Международная группа ученых с участием руководителя
лаборатории инженерного материаловедения МГУ профессора Дмитрия
Иванова исследовала механические свойства нового уникального
полимерного материала, который в перспективе может стать
искусственным аналогом человеческой кожи. Результаты
работы опубликованы в
журнале Central Science.

Профессор Дмитрий Иванов покинул Россию в середине 1990-ых и за
четверть века сделал успешную карьеру в европейской науке: после
нескольких лет работы в Свободном университете Брюсселя (ULB) он
в 2005 году возглавил Институт материаловедения в городе Мюлуз
(Франция), который относится к ведению Национального научного
центра Франции (CNRS). В 2011 году ученый выиграл мегагрант на
создание новой научной лаборатории на факультете фундаментальной
физико-химической инженерии МГУ и с тех пор участвует в научных
проектах обеих стран – России и Франции. После окончания
мегагранта в 2015 году лаборатория инженерного материаловедения
успешно продолжает исследования, регулярно получая поддержку
РФФИ, РНФ и Федеральной целевой программы «Исследования и
разработки». Работа, которую группа профессора Иванова развивает
последние пару лет, посвящена, в том числе, исследованию
механических свойств биосовместимых полимерных материалов.

В 2018 году в
журнале Science Дмитрий
Иванов и его коллеги опубликовали статью, в
которой заявили о создании синтетического аналога кожи хамелеона,
реагирующей на механические воздействия изменением цвета и
прочностных свойств. По мнению экспертного совета РНФ,
исследование вошло в
список самых значимых работ российских ученых за 2018 год. Затем
группа профессора Иванова продолжила исследования механических
свойств синтезированного материала. В новой работе ученым удалось
впервые создать уникальную синтетическую платформу для дизайна
материалов, воспроизводящих один в один деформационные свойства
целого ряда мягких живых тканей.

«Кожа обладает уникальными свойствами – она одновременно
мягкая и упругая при соприкосновении»
, – рассказывает
профессор МГУ Дмитрий Иванов.
Однако при растяжении она резко упрочняется — нарушить
целостность кожного покрова можно только очень сильным
механическим воздействием. Такой защитный механизм был выработан
в процессе эволюции. Воспроизвести в синтетических материалах
мягкость живой ткани и в тоже самое время значительное упрочнение
при деформации до сих пор не удавалось. Между мягкостью и
прочностью всегда приходится выбирать что-то одно. Гидрогели, к
примеру, очень мягкие сами по себе. Но гидрогелю не достает
механической прочности, его форма и механические свойства сильно
зависит от количества влаги – в организме при избытке
физиологической жидкости он может набухнуть и лопнуть.

Исследователи из МГУ совместно с коллегами из США придумали новый
уникальный сополимерный материал – сложную молекулу, состоящую из
нескольких частей, способную к самосборке. На длинную часть
молекулы привиты молекулярные ворсинки – так, что система
напоминает ёршик для чистки бутылок. На концах «ершика» находятся
терминальные участки — молекулы отличного от основной цепи
химического состава.  При самосборке полимера терминальные
участки образуют стекловидные очень прочные нано-шарики, а
длинные цепи «бутылочного блока» образуют сетку, погруженную в
среду «ворсинок».  Материал, состоящий из таких щёток,
изначально вполне эластичный, при деформации может очень быстро
упрочняться.

В новой работе, результаты которой опубликованы в
журнале Central Science,
исследователи изучили механизм деформации полимера: определили
механические параметры вытягивания «бутылочной щетки» в
зависимости от длины «ворсинок».

«Щеточный блок с более длинными боковыми ворсинками дает
более выраженное деформационное упрочнение – так называемый
эффект волейбольной сетки, которую легко развернуть, но
невозможно деформировать. Щетки с разной длиной ворсинок
интересны, потому что они могут воспроизводить механику разных
биологических тканей»,
 – прокомментировал результаты
исследования Дмитрий Иванов.

Исследователи показали, что присутствие этих полимеров в
биологической среде не препятствует размножению и пролиферации
клеток. «В целом, полимеры не содержат никаких
цитотоксичных веществ. Кроме того, они не содержат растворителя
(например, воды), что могло бы привести к неконтролируемому
изменению физико-химических свойств импланта»
, –
подтверждают ученые.

Сейчас группа Дмитрия Иванова готовится к новому этапу
исследований «искусственной кожи». По словам профессора, поможет
им в этом современное оборудование (в том числе рамановский
микроскоп), которое установят на химическом факультете МГУ в
рамках мегагранта седьмой волны.

Пресс-служба МГУ

Иллюстрация: Структура «искусственной
кожи». Дмитрий Иванов/МГУ

Источник: scientificrussia.ru