Полимерные структуры нового гидрогеля восстанавливают и усиливают разорванные цепи, становясь жестче и прочнее после механических нагрузок. Японские ученые научились получать материалы, которые становятся прочнее с каждым механическим воздействием — подобно тому, как наши мускулы становятся сильнее с каждой тренировкой. В самом деле, по словам Цзяньпин Гун (Jian Ping Gong) и ее коллег из Университета Хоккайдо, именно структура мышечной ткани навела их на мысль о создании подобных материалов. Технология их получения описывается в статье, опубликованной в журнале Science.

В ходе тренировки при значительных нагрузках в мышцах происходит частичное разрушение белковых волокон и образование новых, более прочных и сильных. Аналогичный подход применили японские ученые, получив гидрогель на основе двух полимерных компонентов — одного прочного и жесткого, а второго — гибкого и растяжимого. При этом материал более чем на 85 процентов заполнен жидкостью, в которой растворены мономеры — компоненты, способные образовывать молекулы обоих полимеров.

Вверху — принцип работы гидрогеля с двумя полимерными компонентами. Внизу — эксперименты в лаборатории: с каждой «тренировкой» образец становился все жестче и все меньше растягивался, поднимая груз / ©Matsuda et al., 2019

Механическая нагрузка на такой материал вызывает разрушение некоторых цепей «жесткого» полимера. На образовавшихся свободных концах тут же начинаются новые реакции полимеризации с участием присутствующих мономеров, которые ведут к упрочнению материала. В лабораторных экспериментах японским исследователям удалось показать, что после нескольких «тренировок» масса полимеров в гидрогеле возросла на 86 процентов. При этом прочность его увеличилась в полтора раза, а жесткость — в 23.

Авторы уверены, что разработка найдет применение в создании самовосстанавливающихся, гибких и прочных материалов будущего — для робототехники, экзоскелетов и, конечно, для медицинской реконструкции утраченных мышц.