211service.com
Plast der heler sig selv
Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign (UIUC) har lavet et polymermateriale, der kan hele sig selv gentagne gange, når det revner. Det er et betydeligt fremskridt i retning af selvhelbredende medicinske implantater og selvreparerende materialer til brug i fly og rumfartøjer. Det kunne også bruges til afkøling af mikroprocessorer og elektroniske kredsløb, og det kunne bane vejen mod plastikbelægninger, der regenererer sig selv.
Selvhelbredende: Et nyt materiale, der heler sig selv flere gange, er baseret på menneskelig hud, lavet af to lag. Polymerbelægningen på toppen indeholder bittesmå katalysatorstykker spredt ud over det hele. Substratet indeholder et netværk af mikrokanaler, der bærer et flydende helbredende middel. Når belægningen revner, spredes revnerne nedad og når de underliggende kanaler, som siver helingsmiddel ud. Midlet blandes med katalysatoren og danner en polymer, der udfylder revnerne.
Det første selvhelbredende materiale blev rapporteret af UIUC-forskerne for seks år siden, og andre forskergrupper har skabt forskellige versioner af sådanne materialer siden da, inklusive polymerer, der reparerer sig selv gentagne gange, når de udsættes for varme eller tryk. Men det er første gang nogen har lavet et materiale, der kan reparere sig selv flere gange uden nogen ekstern indgriben, siger Nancy sottos , materialevidenskab og ingeniørprofessor ved UIUC og en af de forskere, der ledede arbejdet.
Det er i bund og grund som at give liv til en plastik, siger Chris Bielawski , en kemiprofessor ved University of Texas i Austin. Det ultimative mål ville være at skabe materialer, der reparerer sig selv, siger han, og dette er et fantastisk proof of concept.
Sottos og hendes kolleger har designet det nye materiale, rapporteret i denne uges Naturmaterialer , for at efterligne menneskelig hud. Hvis hudens ydre beskyttende lag skæres over, strømmer det indre lag, som er infunderet med et tæt netværk af små blodkar, næringsstoffer til snittet for at hjælpe med helingen. Det selvhelbredende materiale består af et epoxypolymerlag afsat på et substrat, der indeholder et tredimensionelt netværk af mikrokanaler. Epoxybelægningen indeholder bittesmå katalysatorpartikler, mens kanalerne i substratet er fyldt med et flydende helbredende middel.
For at teste materialet bøjer forskerne det og knækker polymerbelægningen. Revnen spredes ned gennem belægningen og når den underliggende mikrokanal. Dette får det helende middel til at piske gennem kanalerne og ind i revnen, siger Sottos. Der kommer det i kontakt med katalysatoren og bliver på cirka 10 timer til en polymer og udfylder revnen. Systemet behøver ikke noget eksternt tryk for at skubbe helingsmidlet ind i revnen. I stedet bevæger væsken sig gennem de smalle kanaler, ligesom vandet bevæger sig op ad et sugerør.
Forskerne er i stand til at knække og genoprette overfladen så mange som syv gange, før katalysatoren slides og holder op med at virke. Den næste generation af det selvhelbredende materiale burde ifølge forskerne kunne helbrede sig selv mange flere gange. Sottos og hendes kolleger designer det, så det får et todelt system, der sprøjter både et helbredende middel og en katalysator ind i revnen.
Forskerne kunne også øge materialets genopretningskapacitet ved at tilslutte mikrokanalnetværket til et lille reservoir, siger Sottos. Hvis materialet løber tør for helbredende middel eller katalysator, kan reservoiret pumpe mere ind.
Materialets mikrokanaldesign kan være en løsning på det stigende problem med varmeopbygning i mikroelektronikchips. Typisk sidder mikroelektroniske kredsløbschips på substrater, der er designet til at lede varme væk fra kredsløbet. Disse varmeregulatorer har deres begrænsninger. I stedet, siger Sottos, kan du sætte en kølevæske gennem et [mikrokanal] netværk som en lille mini-varmeveksler.
Sottos siger, at forskere kunne bruge det samme design med andre harpiks- og katalysatorkombinationer, der kan danne forskellige polymerer. Dette åbner døren for mange andre applikationer. Selvom praktiske selvhelbredende materialer kan være år væk, er det let at forestille sig deres anvendelser i proteser og medicinske implantater lavet af biokompatible selvhelbredende materialer. Prisen på materialerne kan holde dem begrænset, i det mindste i begyndelsen, til visse højværdi, højtydende applikationer, såsom brug i luft- og rumfartøjer, siger Ian Bond , professor i luft- og rumfartsteknik ved University of Bristol i Storbritannien.
I fremtiden kan forskellige kemier føre til billigere selvhelbredende materialer, ifølge Bielawski. Du kunne bruge billige epoxyer … som du kan købe hos Home Depot … som et helbredende middel, siger han.