От искусственных органов до аккумуляторов: создан прорывной полимер для 3D-печати
В Вирджинском университете (UVA) разработан материал для 3D-печати, совместимый с иммунной системой организма. Открытие может привести к созданию более безопасных медицинских технологий для трансплантации органов и систем доставки лекарств, а также усовершенствовать аккумуляторные батареи.
Статья о разработке вышла в журнале Advanced Materials. Ее основа — полиэтиленгликоль (ПЭГ), обработанный особым образом для создания эластичных сетей.
ПЭГ широко используется во многих биомедицинских технологиях, например, в тканевой инженерии. Однако существующий способ производства сетей ПЭГ — полимеризация в воде с последующим ее удалением — приводит к образованию хрупкой кристаллизованной структуры, которая разрушается при растяжении.
Именно эластичность и стала главным достижением разработчиков, поскольку позволяет использовать новый материал для изготовления конструкций, требующих гибкости и подвижности, таких как каркасы для будущих искусственных человеческих органов.
Эластичность в складках
Подход исследователей стал развитием их же наработок в создании очень прочных синтетических полимеров. Они позаимствовали прием из методов производства эластичной и прочной резины: запас длины создается на молекулярном уровне за счет внутренних структур.
Эти структуры, напоминающие ершик для мытья бутылок, позволяют материалу быть одновременно очень прочным и очень эластичным. Молекулы полимера имеют множество гибких боковых цепей, расходящихся от центральной оси, которые могут складываться, как гармошка, — запасая дополнительную длину, которая затем может быть развернута.
«Наша группа обнаружила этот полимер и, используя данную архитектуру, показала, что любые материалы, созданные таким способом, обладают высокой растяжимостью», — пояснил заведующий лабораторий мягких биоматериалов в UVA Лихэн Цай.
Для получения материала полимеризацию запускали, облучив смесь прекурсоров ультрафиолетом в течение нескольких секунд. Результатом стали пригодные для 3D-печати высокоэластичные гидрогели на основе ПЭГ и эластомеры без растворителей.
«Мы можем менять форму УФ-засветки, чтобы создавать сложные структуры», — заметил первый автор статьи Байцян Хуан.
Благодаря этому возможно получение как мягкие, так и жестких, но при этом изначально эластичных структур. Такая универсальность в будущем может позволить создать новые способы изготовления искусственных органов или доставки лекарств.
Биосовместимость проверили, выращивая рядом клетки. Это хорошая новость для потенциального использования таких материалов внутри тела, например, в качестве каркаса для органа.
Будущие применения
В перспективе возможно комбинирование ПЭГ с другими материалами для создания пригодных для 3D-печати материалов с различным химическим составом, что открывает путь к множеству вариантов использования.
Например, новые материалы демонстрируют более высокую электропроводность и растяжимость при комнатной температуре по сравнению с существующими аналогами для твердых полимерных электролитов.
«Это свойство делает новый материал перспективным высокопроизводительным твердым электролитом для современных аккумуляторных технологий», — подытожил Цай.
По его словам, изыскания в этом направлении будут продолжены.
