Как у хамелеона
Ученые Московского университета создали материал, который совпадает по свойствам с тканями человека, а также может менять цвет по мере своего растяжения.
Кодовое название экспериментальной
модели — «кожа хамелеона».
Создатели материала надеются, что он сможет воспроизводить цвета и механические свойства тканей любых типов. Материал биосовместим и уже в недалёком будущем может стать основой для изготовления современных медицинских имплантов мягких тканей и глазных протезов. Лаборатория выяснила, как новый полимерный материал может с легкостью менять цвет и подстраиваться под любой тип ткани.
«Здесь открываются перспективы создания совершенно новых материалов, которых никогда не было, которые считались немыслимыми. Медицина будущего будет использовать персональные подходы. Каждый получит индивидуальные лекарство, импланты. Появятся материалы, которые можно подгонять под характеристики определенного организма. "Кожа хамелеона" - идеальное сырье для воплощения этого в жизнь».
глава лаборатории факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ имени М. В. Ломоносова Дмитрий Иванов.
Хамелеоны не раз привлекали внимание исследователей своей феноменальной способностью к изменению окраски и рисунка тела. В ходе эволюции эти удивительные рептилии научились полностью сливаться с окружающей их средой, поджидая своих жертв и параллельно оставаясь незаметными для хищников.
Способность хамелеонов к мимикрии долгое время была предметом множества споров и заблуждений в научном сообществе.

Мимикрия — это сходство окраски и формы у некоторых животных и растений с другими или с окружающей средой, полезное им в борьбе за существование.
Долгое время считалось, что хамелеоны меняют цвет для маскировки. На самом деле это не совсем так. Современные исследования показали, что это происходит под влиянием большого количества эмоциональных и физиологических факторов.
Окрас хамелеоны меняют засчёт механизма растяжения или сжатия отдельных участков кожи, что позволяет им поддерживать определённый цвет. У этих рептилий в кожных покровах есть особый слой клеток иридофоров, в которых содержатся нанокристаллы.
Цвет этих клеток зависит от психоэмоционального и физического состояния животного.
Кристаллы образуют в клетке четкую решетку. При этом расстояние между секциями определяет то, какой будет длина волны отраженного света и, как следствие, цвет клетки. Хамелеоны способны менять цвет, изменяя расстояние между этими кристаллами. Когда животное находится в состоянии покоя, кристаллы располагаются плотно и отражают в основном синий цвет. Если хамелеон входит в возбужденное состояние, расстояние между кристаллами в клетке увеличивается приблизительно на треть, и они начинают отражать желтый и красный cвет.
Суть эксперимента
Вдохновляясь тем, как работает кожа хамелеона ученые из МГУ разработали свой экспериментальный материал. Расстояние между его молекулами может увеличиваться и сокращаться также, как у кожи хамелеона. Ученые называют этот процесс механохромизмом – процессом, в ходе которого материал по мере растяжения меняет свой цвет, поскольку его молекулы начинаю отражать световые волны другой длины. Однако материал не полностью меняет свой цвет, как кожа настоящего хамелеона, а становится лишь на несколько тонов темнее.
Обычные материалы при растяжении становятся светлее. Однако новый материал работает с точностью до наоборот. На видео показано, как материал при растяжении плавно приобретает более насыщенный синий оттенок.
Процесс образования материала
Сама субстанция состоит из полимерных цепочек, которые формируются под воздействием рентгеновских лучей. Эти цепочки формируют сложную трёхмерную структуру, строение которой меняется в зависимости от растяжения материала и, соответственно, постепенного перехода от светлого цвета к более тёмному. Эта цепочка состоит из трех фрагментов: двух кольцевых и одного центрального. Центральный фрагмент представляет собой разветвлённую структуру, состоящую из молекулярных соединений, которая также называется «щеткой» или, говоря научным языком, «bottle brush». Полученный образец по ряду физических свойств наиболее всего похож на кожу человека или свиньи.


Иллюстрация процесса молекулярной самосборки
«bottle brush»
Синтетический аналог обладает поразительными механическими свойствами. Учёным удалось создать сверхмягкий, прочный и эластичный материал, чьи параметры сопоставимы со структурой человеческой кожи.
В будущем разработку можно будет приметь в медицине. Например, при пересадке искусственной кожи. По словам Дмитрия Иванова, новая технология позволит «настраивать» цвет материала под цвет кожи человека. Однако процесс этот достаточно сложный и долгий, кожу нельзя будет просто приложить.

Образец "кожи хамелеона", выполненный в форме бабочки.
Перспективы применения
Также эту технологию будет возможно применять для лечения хрусталика глаза, хрящей, суставов и других тканей. По словам создателей, способность материала растягиваться и сокращаться так же как у тканей тела. В данный момент планируются клинические исследования, в ходе которых ученые выяснят отторгается ли материал при пересадке.
Биологическая синтетика нового поколения сделает реальностью изготовление лекарственных препаратов и подбор лечебных манипуляций индивидуально для каждого человека. Медицина будущего будет использовать персональный подход к диагностике и лечению заболеваний как медикаментозным, так и хирургическим методом.
Текст подготовили студентки 205 группы д/о факультета журналистики МГУ им. М. В. Ломоносова: Юлия Слуцкая, Ольга Архипова, Анна Шевченко, Ксения Вирченко
Источники: Популярна механика, syl.ru, электронная газета "Век"
Фото: selfire.com
Made on
Tilda