Plastik, który się regeneruje

Naukowcom z University of Illinois at Urbana Champaign (UIUC) udało się stworzyć plastik, który sam, bez żadnych bodźców zewnętrznych, potrafi uzupełnić powstające w nim wyrwy.

Istnieją już materiały, które same się naprawiają, ale wymagają przy tym podgrzewania lub wywierania na nie nacisku. Wykorzystuje się je m.in. w samonaprawiających się oponach, gdzie lepki żel pod wpływem nacisku na powierzchnię zatyka powstałą dziurę. Tym razem jednak cały proces zachodzi bez jakiejkolwiek ingerencji z zewnątrz.

Inspiracją dla amerykańskich uczonych pracujących nad stworzeniem regenerującego się plastiku była budowa i sposób funkcjonowania ludzkiej skóry. Jej zewnętrzna część składa się z szeregu warstw, których zadaniem jest ciągła odbudowa naskórka, a wewnętrzna dostarcza krew niosącą niezbędny do tego budulec. Ponieważ skóra działa jak bariera ochronna, wszelki skaleczenia muszą być naprawiane natychmiast. Uraz powoduje, że krew z wewnętrznych warstw skóry wypływa na zewnątrz, tworząc strup. Następnie zraniony fragment jest naprawiany dzięki dostarczanym przez organizm składnikom.

Nowatorski plastik jest zbudowany i działa w bardzo podobny sposób. Składa się z dwóch warstw. Zewnętrzną tworzy żywica epoksydowa, rodzaj syntetycznej żywicy. Znajduje się w niej katalizator, czyli związek przyspieszający reakcje chemiczne. Z kolei wewnętrzną warstwę wypełnia przestrzenny układ mikrokanalików, w którym umieszczono specjalną substancję. Są to cząsteczki tzw. monomery dwucyklopentadienu (DCPD), które po połączeniu ze sobą tworzą polimer - podstawowy budulec żyjącego plastiku.

Wytrzymałość materiału na rozciąganie jest największa na powierzchni. Gdy jego zewnętrzna warstwa zostaje uszkodzona, szczelina zapada się na tyle głęboko, że dociera do systemu kanalików w podłożu. Wtedy z kanałów uwalniane są monomery DCPD, które docierają do wierzchniej warstwy plastiku. Pod wpływem katalizatora w ubytku zachodzi reakcja chemiczna (polimeryzacja). W jej wyniku powstaje tworzywo sztuczne dokładnie wypełniające ubytek. System mikrokanałów jest trzywymiarowy. Pionowe kanały dostarczają substancję leczącą do szczeliny, a poziome zapewniają jej uzupełnianie. Obecny w kanałach DCPD ma bardzo niską lepkość, dzięki czemu przelewa się przez nie bez problemów. Następnie szczelnie wypełnia powstałą lukę. Skuteczność mechanizmu zależy od tego, ile jeszcze katalizatora pozostało w zewnętrznej powłoce.

Proces wypełniania ubytku trwa dość długo - dziesięć godzin. Opracowane przez amerykańskich uczonych tworzywo może naprawiać się siedem razy. Potem katalizator znajdujący się w warstwie zewnętrznej wyczerpuje się i nowe wyrwy przestają być wypełniane. Amerykanie już pracują nad następną wersją plastiku, która będzie w stanie leczyć się znacznie większą liczbę razy.

Ma być on wyposażony w dwuczęściowy system wspomagający dostarczający do ubytku nie tylko substancje leczące, ale i katalizator. Innym sposobem poprawienia efektywności leczącego się tworzywa może być stworzenie w wewnętrznej warstwie zbiornika, który przez system mikrokanałów będzie dostarczał do wyrwy wszelkich potrzebnych składników.

Badacze przewidują, że ich wynalazek mimo sporego kosztu produkcji znajdzie mnóstwo zastosowań. W przyszłości samonaprawiający się materiał może zostać wykorzystany do budowy samolotów albo pojazdów kosmicznych, w medycynie i dentystyce do tworzenia implantów, w protetyce. To oczywiście dopiero początek. Kiedy uda się znaleźć tańsze zamienniki wykorzystywanych obecnie substancji, możemy spodziewać się, że samonaprawiający się plastik stanie się obecny w naszym życiu podobnie jak komputery czy telefony komórkowe.

Źródło: www.dziennik.pl