Ученые из России и США разработали полимерный материал, который меняет свое агрегатное состояние из твердого в жидкое при температуре человеческого тела. Он может стать «идеальным имплантатом». Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
«Раньше мы показали, что наши полимеры могут воспроизводить механическое поведение живых тканей, причем они могут программироваться. Мы можем воспроизвести любую кривую, соответствующую деформации живых тканей. То есть, наши полимеры тянутся до нужного предела и затем становятся намного прочнее. А сейчас мы добавили к этим системам ещё одну функциональность. Теперь наши “умные” полимеры реагируют ещё на один фактор — температуру. Они твердые при комнатной температуре, но при контакте с живым телом (в данной работе — при 37 °C) они превращаются в жидкость. За счет такого фазового перехода при имплантации полимеры могут растекаться и заполнять полости в организме, создавая имплантат идеальной формы», — рассказал один из авторов работы, профессор факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ имени М.В. Ломоносова Дмитрий Иванов.
Идеальная форма достигается за счет того, что в полимере рушатся связи между боковыми цепями щеткообразных полимерных сеток, из которых он состоит. Эти боковые цепи способны кристаллизоваться, создавая твердую кристаллическую фазу. Таким образом можно получить, например, иглу, которая будет вводится в организм пациента. А так как ученые подобрали температуру плавления щеточек так, чтобы она соответствовала обычной температуре человеческого тела, то после введения игла расплавится и получится жидкость, способная заполнять полости.
По словам ученых, температуру фазового перехода можно подбирать с удивительной точностью. Она может колебаться от комнатной до 50-60 °C. Исследователи в своей работе ориентировались на температуру человеческого тела, но этот метод можно использовать и для животных с другой температурой тела, меняя порог перехода в другое состояние.
Теперь ученые хотят понять, как связана степень влияния густоты щетки и разветвленности волосков на скорость фазового перехода.
«У нас как раз проходит эксперимент на синхротроне в Гренобле, где мы начали изучать детали фазового перехода с помощью рентгено-структурного анализа», — рассказал Иванов.
Ученые отмечают, что еще одним важным свойством является то, что при кристаллизации в иглу из щеточного полимера можно поместить лекарство. И когда игла начнет растворятся, из нее выделятся лекарственные вещества. Это можно использовать в медицине.
«Наши материалы достаточно многогранны. Мы можем из этих щеток создавать полимерные сетки. И в зависимости от густоты щёток мы можем менять такие параметры, как скорость высвобождения веществ, внедренных в структуру нашего полимерного кристалла», — подчеркнул Иванов.