Научная группа Университета «Сириус» направления «Биоматериалы» провела уникальное исследование, в результате которого разработала систему создания клейких материалов чувствительных к давлению и контролируемой величиной адгезии. Тонкая настройка свойств клейкости полимера позволит создавать материалы с уникальными свойствами, которые ранее считались невозможными. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Applied Materials & Interfaces.
Адгезив – вещество, способное соединять материалы путем поверхностного сцепления. Они бывают природными и синтетическими, а скрепляющее действие может быть основано на создании физических или химических связей между ним и поверхностями соединяемых материалов. Основная проблема использующихся в настоящее время адгезивов – в них присутствуют добавки в значительной концентрации. Именно добавки позволяют придать полимерному слою необходимые свойства клейкости. Однако наличие добавок усложняет фазовое поведение системы и ставит под вопрос долговременную стабильность свойств изделия. Кроме того, для биомедицинских применений нежелательно применение выщелачивающихся добавок.
Ученые «Сириуса» предложили совершенно новый подход к дизайну таких материалов, благодаря которому удалось получить клейкие системы, не содержащие вообще никаких добавок, а тонкая настройка свойств клейкости производится только за счет выбора химической структуры полимера, имеющего сложное разветвленное строение.
«Разработанные нами системы позволяют варьировать свойства клейкости в очень широком диапазоне: величину работы адгезии можно контролируемо изменять в 10 000 раз! Кроме того, данные полимеры можно формовать при повышенной температуре, чтобы делать на их основе изделия заданной геометрии. Структура разработанных систем позволяет снизить вязкость расплава для возможности 3D печати конечных изделий», – поясняет Дмитрий Иванов, профессор, руководитель направления «Биоматериалы» в Научном центре генетики и наук о жизни Университета «Сириус».
По словам ученых, речь идет о принципиально новом подходе, в котором предложены, так называемые, щеточные архитектуры сополимеров, когда на основную полимерную цепь привиты боковые цепочки, позволяющие целенаправленно управлять механическими свойствами материала, такими как модуль упругости и работа адгезии. Благодаря использованию щеточных архитектур могут быть получены принципиально новые полимерные адгезивы с такими свойствами, как улучшенная устойчивость к растворителям и ультрафиолетовому излучению, которые ранее считались сложно достижимыми для клеев.
Работа над созданием принципиально новых материалов с регулируемыми свойствами ведется в рамках гранта РНФ по развитию новых адаптивных биомиметических материалов для биомедицины. Над проектом работает большое число совершенно разных специалистов: полимерные химики, физики экспериментаторы, физики теоретики, инженеры и биологи.
Теперь ученым предстоит изучить фундаментальные корреляции химической структуры с физическими и биологическими свойствами каждой из систем, что необходимо для оценки перспектив их биомедицинского применения полученных материалов.