Полимер, который лечит сам себя
Новый материал способен восстанавливать свою структуру за счёт углекислого газа из воздуха.
Пессимисты считают, что нельзя склеить разбитую чашку. Оптимисты берут в руки клей, а химики создают самовосстанавливающиеся материалы.
Такими материалами могут быть, например, полимеры, внутри которых расположены капсулы или каналы с жидким веществом: при повреждении вещи они заполняют повреждённую область и быстро затвердевают. Существует ещё несколько разных подходов к созданию таких материалов, но почти все они, так или иначе, связаны с наличием активных веществ внутри предмета. Поэтому решение проблемы, предложенное исследователями из Массачусетского технологического института (MIT), оказалось довольно необычным – они создали вещество, которое забирает себе материал для восстановления прямо из воздуха.
Строить что-то из воздуха довольно проблематично, уж слишком скуден ассортимент «строительного материала»: азот, кислород, углекислый газ да вода, хотя природа эти трудности умеет преодолевать. Исследователи как раз и подсмотрели частично свою технологию у растений, которые научились перерабатывать углекислый газ в сложные органические вещества в процессе фотосинтеза. Химики из MIT выделили из живых клеток хлоропласты, поместили их в полимерную гелевую матрицу и снабдили ферментом и молекулами мономера.
В итоге получилась следующее: хлоропласт в матрице поглощает из воздуха углекислый газ и под действием света превращает его в ряд продуктов, главный из которых – это глюкоза. Далее под действием фермента глюкозооксидазы глюкоза превращается в глюконолактон, а получившееся соединение, в свою очередь, уже вступает в реакцию с мономером (аминопропилметакриламидом), в результате чего образуется полимер. Получается, что исходная гелевая матрица поглощает из воздуха углекислый газ и включает его в состав своей полимерной структуры, тем самым самостоятельно набирая массу из внешнего источника.
Самолечащийся (или саморемонтирующийся) полимер описан в статье в Advanced Materials. Как заявляют сами исследователи, их работа пока что всего лишь демонстрация принципиально нового концепта материала, способного к самовосстановлению.
Новая технология ещё очень далека от практического использования. Во-первых, исходное вещество – это гель, а не твёрдый материал, из которого можно было бы изготавливать какие-нибудь предметы.
Вторая проблема – хлоропласты, которые сами по себе не могут продолжительное время сохранять свои фотосинтетические функции. Поэтому время активной жизни всего материала пока что не высоко. Если получится заменить хлоропласт на более простой и долговечный каталитический комплекс, это позволит дольше сохранять активность материала.
