Химики из Шанхайского университета Цзяотун синтезировали гибридный полимерный материал, способный одновременно сохранять прочность и динамично реагировать на внешние воздействия. Его свойства имитируют работу микротрубочек — белковых трубок, формирующих каркас живых клеток и отвечающих за их деление. Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society.
В основе разработки лежат механически сцепленные макроструктуры, напоминающие цепи маргариток. Эти элементы объединены в единую полимерную сеть, где одна часть молекул выступает в роли жесткого структурного якоря, а другая обеспечивает подвижность за счет обратимых связей. При внешнем воздействии подвижные участки быстро распадаются, позволяя материалу адаптироваться к новым условиям, в то время как якорные узлы удерживают систему от полного разрушения и потери формы.
Авторы исследования отмечают, что такой механизм копирует работу природных белков тубулинов. В живой клетке альфа-тубулины стабилизируют микротрубочки, а бета-тубулины провоцируют их динамическую нестабильность — способность внезапно распадаться и снова собираться по мере необходимости. Синтетическому аналогу впервые удалось воспроизвести эту сложную совместную работу двух функциональных компонентов, что делает поведение лабораторного материала гораздо сложнее, чем у обычных полимеров.
До этого момента создание полностью синтетических материалов с подобными свойствами оставалось трудной задачей для химии. Обычные полимеры с обратимыми связями слишком нестабильны и склонны к расползанию, а вещества с жесткими химическими узлами теряют способность адаптироваться к изменениям среды. Новая гибридная структура решает эту проблему, объединяя преимущества обоих подходов в одной сложной макромолекулярной системе.
В будущем такие адаптивные материалы могут найти применение в мягкой робототехнике (необходимой для бережного захвата хрупких предметов), создании самовосстанавливающихся покрытий и интеллектуальных сенсоров. Умные полимеры смогут менять свои физические характеристики в ответ на температурные или механические сигналы, что позволит конструировать устройства, способные к автономной саморегуляции.
Ранее ученые создали новый полимер, который удвоил жесткость и утроил прочность пластика.