В настоящее время под руководством Дэвида А. Вайца, профессора физики и прикладной физики Маллинкродта в Гарвардской школе инженерных и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) и младшего преподавателя Института биологической инженерии Висса в Гарварде, группа специалистов по полимерам физики и химики разработали способ создания сверхмягкой сухой силиконовой резины. Эта новая резина отличается регулируемой мягкостью, подходящей для различных биологических тканей, что открывает новые возможности в биомедицинских исследованиях и инженерии.Материал размещен на обложке журнала Advanced Materials.
«Обычные эластомеры по своей природе жесткие из-за того, как они сделаны», — сказал ведущий автор Ли-Хэн Цай, научный сотрудник SEAS. «Сетевые нити очень длинные и запутаны, как связка рождественских гирлянд, в которых нити запутываются и образуют узлы. Эти фиксированные запутывания устанавливают внутренний нижний предел мягкости обычных эластомеров».Чтобы изготовить мягкий эластомер, команде нужно было с самого начала устранить путаницу, разработав новый тип полимера, который был более толстым и менее склонным к скреплению, чем линейные полимеры. Полимеры, получившие название щетки для бутылок, легко синтезируются путем смешивания трех типов коммерчески доступных линейных силиконовых полимеров.
«Обычно изготовление таких молекул щеток для бутылок требует сложного химического синтеза», — сказал соавтор Томас Коджер, доктор философии. 2015 г., сейчас работает докторантом в Амстердамском университете. «Но мы нашли очень простую стратегию, тщательно разработав химический состав.
Эта система создает мягкие эластомеры так же легко, как силиконовые наборы, которые продаются на рынке».Мягкость эластомеров можно точно контролировать, регулируя количество сшитых полимеров, чтобы имитировать все, от мягкой ткани мозга до относительно жестких клеток.«Если нет поперечных связей, все молекулы щеточки для бутылок подвижны, и материал будет течь, как вязкая жидкость, такая как мед», — сказал Цай. «Добавление поперечных связей соединяет молекулы щетки для бутылок и укрепляет жидкость, увеличивая жесткость материала».
Помимо контроля мягкости, команда также нашла способ независимо управлять жидким поведением эластомера.«Чтобы сделать обычный эластомер более мягким, его нужно разбухнуть в жидкости», — сказал соавтор Майкл Рубинштейн, заслуженный профессор химии Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл. «Но теперь мы можем регулировать длину« волосатых »полимеров на молекулах щеток для бутылок, чтобы настроить жидкое поведение мягких эластомеров — без набухания — что позволяет нам сделать эти эластомеры исключительно неклейкими, но при этом сверхмягкими».Эти качества делают материал идеальным не только для медицинских устройств, таких как имплантаты, но и для коммерческих продуктов, таких как косметика.
«Независимый контроль над мягкостью и жидким поведением мягких эластомеров также позволит нам ответить на фундаментальные вопросы биомедицинских исследований», — сказал Вайц. «Например, дифференцировка стволовых клеток зависит не только от мягкости материалов, с которыми они контактируют, но недавние открытия показывают, что на нее также влияет то, насколько жидкими являются материалы. Это открытие предоставит совершенно новые материалы для изучения поведение клеток на мягких субстратах ".«Исключительное сочетание мягкости и незначительной адгезии значительно расширит применение эластомеров на основе силикона как в промышленности, так и в исследованиях», — сказал Вайц.Помимо работы на факультете SEAS, Вайц является директором Гарвардского научно-исследовательского и инженерного центра материаловедения, со-директором BASF Advanced Research Initiative, членом Института Кавли по науке и технологиям бионано, а также ассоциированным преподавателем.
Член Института биологической инженерии Висса.Помимо Кая, Коджера, Вайца и Рубинштейна, в число соавторов входил Родриго Э. Герра, доктор философии ». 2015 г., сейчас работает докторантом в Нью-Йоркском университете; и Адриан Ф. Пегораро, научный сотрудник SEAS.
Это исследование было частично поддержано Национальным научным фондом (DMR-1310266) и Гарвардским научно-исследовательским центром материаловедения (DMR-1420570).