Эластичный полимер возвращается к первоначальной форме от тепла тела

Материалы памяти формы, которые могут вернуться в желаемую форме после того, как их изогнули, скрутили и растянули, находят свой путь в ряде приложений, начиная от спортивных бюстгальтеров до более эффективных холодильников.

Одна группа ученых сейчас изучает потенциальные биомедицинские приложения, с полимером, который может вернуться к своей первоначальной форме, когда вступает в контакт с теплом из организма человека.

Материалы, активирующиеся теплом, с памятью формы показали обещание в вещах, таких как автомобили и строительные материалы, но при этом, как правило, участвуют высокие температуры и внешние механизмы, чтобы активировать преобразование. Если температура, при которой практические материалы изменяют форму при вступлении в контакт с кожей, это может означать большие вещи для медицинского мира.

С этой целью исследователи из Университета Рочестера разработали полимерный эластомер, который может быть вытянут и вернется к своей первоначальной форме при нагревании до около 35°C, что чуть ниже температуры тела. Чтобы достичь этого, команда манипулировала кристаллизацией, которая происходит, когда полимер деформируется.

Когда материал растягивается, то же самое делают и полимерные цепи, которые образуют его. Это приводит к тому, что небольшие сегменты полимера кристаллизуются, что, в свою очередь, стабилизирует материал и помогает ему сохранить свою деформированную форму.

Ученые обнаружили, что добавление молекулярных линкеров к индивидуальным цепям полимера ингибирует, но не мешает, эффекту кристаллизации.

Так путем тонкой настройки материала, можно было определить его стабильность и точную температуру, при которой кристаллы будут плавиться и вернуться в нормальное состояние.

Но команда хотела сделать больше, чем разработать материал, который реагирует на тепло тела. Они сосредоточили равное внимание на материале, выпускающем полезное количество энергии, когда он проходит через этот процесс. Поступая таким образом, они оптимизировали полимерные сетки, чтобы позволить материалу поднять объект в тысячу раз больше собственного веса.

"Почти все приложения полимеров с памятью формы будут требовать, чтобы материал толкал или тянулся в своем окружении", - говорит исследователь профессор Митч Антаметтен. - "Тем не менее, исследователи редко измеряют количество механической работы, которую фактически совершают полимеры с памятью формы».

Антаматтен считает, что активированный нагреванием полимер может найти свой путь в приложениях, таких как раневые лечения, искусственная кожа, медицинские распылители и одежда самостоятельной установки. В тестировании исследователи использовали механическую прочность активированного нагреванием полимера, чтобы буксировать модель грузовика, поднять строительные материалы для игрушек и раздавить стручок семян.