Хамелеон из пробирки. Вернувшийся в Россию ученый создал уникальный материал
08.05.2018
-
Хамелеон из пробирки
Вернувшийся в Россию ученый создал уникальный материал
Профессор Дмитрий Иванов ушел с поста директора одного из
ведущих европейских научных центров - Института материаловедения в городе
Мюлуз, входящего в систему французского Национального центра научных
исследований (CNRS), аналога Российской академии наук. "Работа администратора
отнимает очень много сил и времени, на науку их почти не остается, - сказал он
корреспонденту РГ. - А у меня есть идеи, которые хотелось бы развить. И такая
возможность появилась в МГУ, где мы открыли новую лабораторию на факультете
физико-химической инженерии. Уже удалось получить несколько интересных
результатов, опубликованных в престижных журналах".
Кстати, статья о создании группой Дмитрия Иванова совместно
с зарубежными учеными искусственного материала, аналога кожи хамелеона,
напечатана в одном из самых авторитетных журналов Science. Известно, что
хамелеон знаменит прежде всего способностью менять свою окраску. Но все же
главное достоинство животного в другом: при растяжении кожа резко упрочняется,
что служит средством защиты.
И вот этот эффект природы сумели повторить в своих
экспериментах ученые МГУ. Они создали искусственные материалы, которые при
деформации ведут себя, как живые ткани. Это открывает совершенно новые
перспективы в медицине и прежде всего в трансплантологии. Появляется
возможность создавать идеальные биоимпланты.
- Ведь если деформация импланта и окружающих тканей пациента
сильно отличаются, у него могут возникнуть серьезные проблемы, вплоть до
некроза тканей, - говорит Иванов. - Мы создали искусственные синтетические
имплантаты, которые точно воспроизводят механику окружающих тканей, что избавит
человека от различных травм. Это касается самых разных органов, где применяются
импланты: замены сосудов, мениска, межпозвоночных дисков и т.д. А в принципе
для самых разных органов можно будет "подстраивать" механику
имплантатов, чтобы они не вредили окружающим тканям.
В основе нового материала - полимер, или макромолекула. Но
она кардинально отличается от известных из школьного учебника линейных
полимеров, а похожа на ершик для чистки бутылок, то есть имеет множество
ворсинок. Этот центральный фрагмент макромолекулы называют "щеткой".
Она была несколько лет назад разработана в США. Главная ее особенность -
сверхмягкость в исходном, недеформированном состоянии.
Дмитрию Иванову пришла, казалось бы, парадоксальная идея: на
основе "мягкой игрушки" сделать очень упругий материал. Для этого
надо так соединить "щетки", создав из них трехмерную сетку, чтобы при
растяжении она сразу обретала упругость. Ученые нашли решение. Они "пришили"
на концах щетки по два линейных полимера. А затем, говоря образно, начали
варить своеобразный суп...
Хочу, чтобы наши молодые ребята общались с лучшими мировыми
специалистами, работали с ними в тесной связке
- Представьте полимерный суп, где хаотично плавают, как
макароны, наночастицы - "щетки" с хвостиками на концах, - объясняет
ученый. - При определенных условиях они начинают самоорганизовываться, отличать
фрагмент, который им "нравится", от тех, которые не "нравятся".
И притягивать "свой", отталкивая "чужой". К примеру,
"щетки" отталкиваются друг от друга, а концевые фрагменты, наоборот,
стягиваются в шарики. Это и будут узлы сети. Причем к каждому шарику будут
подходить сотни, даже тысячи "щеток". В итоге получается плетение,
напоминающее паутину. Такая структура обладает свойствами, которые имитируют
кожу хамелеона. Она очень мягкая, но при растяжении мгновенно упрочняется.
По словам Иванова, сегодня ученые готовы с помощью
искусственных полимеров воспроизвести любую живую ткань. "Менять свойства
"щетки" можно, манипулируя длиной ворсинок, расстоянием между ними и
другими параметрами, - говорит ученый. - Более того, по структуре
"щеток" можно предсказывать, как будет деформироваться материал, какой
живой ткани он будет соответствовать, а значит, почти идеально подойдет к
имплантации".
Что касается изменения цвета материала, то действительно он
способен повторить эффект кожи хамелеона. Дело в том, что шарики на концах
щеток формируют дифракционную решетку. При растяжении материала она
взаимодействует со светом, и цвет материала меняется от светло-зеленого до
голубоватого. Разработка этого материала стала возможной благодаря гранту
Российского научного фонда.
По словам Иванова, ученые лаборатории МГУ ведут исследования
и в России, и во Франции, где у него осталась лаборатория. "Хочу, чтобы
наши молодые ребята общались с лучшими мировыми специалистами, налаживали
контакты, работали с ними в тесной связке. Словом, выходили в самостоятельное
плавание", - говорит профессор Иванов.
Российская Газета, Юрий Медведев
-