Специалисты по химии полимеров успешно смоделировали естественные способности биологических тканей менять свою форму. Результаты их работы могут оказаться полезными для разработки функциональных материалов нового класса, меняющих свою форму в результате внешнего воздействия.

Материалы подобного рода могут найти применение в биомедицине, робототехнике, настраиваемой микрооптике и создании искусственных тканей.

Райан Хэйуорд (Ryan Hayward) с коллегами из Университета Массачусетса разработал тонкослойный полимерный гель, которому можно придать требуемую трехмерную форму в результате применения методики, известной, как полутоновая литография геля (halftone gel lithography), основанной на селективной обработке с помощью ультрафиолетового излучения и фотошаблонов.

Методика может быть применена для создания полимерных шаблонов для создания искусственных тканей, а также в других областях.

В течение многих лет исследователи пытались найти способ создания искусственных мышц и самоактивирующихся материалов, способных переходить из одной формы в другую, как сокращается мышечная ткань или бьется сердце; цель таких исследований заключалась в создании искусственных механизмов «без острых углов».

За эти годы были изучены свойства гелей, электроактивных полимеров, фоточувствительных жидкокристаллических эластомеров, диэлектрических эластомеров и других материалов. Исследователи предположили, что использование полимера, степень поперечной сшивки которого может управляться ультрафиолетовым излучением, позволит им управлять таким материалом, заставляя его принимать разнообразные трехмерные структуры.

Исследователи также предположили, что при правильном подборе структуры полимера процесс изменения формы можно сделать обратимым.

Внимание исследователей привлекли сополимеры поли(N-изопропилакриламида), содержащие в боковых фрагментах бензофеноновые остатки. Бнзофеноновые фрагменты способствуют образованию поперечных сшивок между полимерными цепями, при этом степень сшивки можно контролировать, регулируя дозу ультрафиолетового облучения. Фотошаблоны, позволяющие наносить на поверхность полимера определенный рисунок, позволяли контролировать области полимера, подвергающиеся облучению. При этом те участки материала, которые полностью подвергались облучению, лишь ограниченно набухали в воде, в то время как те участки полимера, на которые УФ-излучение не попадало, набухали значительно. Исследователи отмечают, что

принцип полутоновой литографии геля похож на принцип печати изображения в газете, когда с помощью большого количество черных точек создается картинка, воспринимаемая невооружённым глазом как изображение, выполненное с применением тонов и полутонов.

С помощью нового материала и литографии исследователи смогли получить из плоской полимерной матрицы ровные поверхности с контролируемой кривизной, полученные гели после облучения ультрафиолетом при последующем набухании могли образовывать любые трехмерные структуры.