Что умеют «умные» полимеры: панацея будущего - Часть 3
Умные полимеры обладают способностью сильно реагировать на относительно слабое внешнее воздействие. Они могут резко изменить форму или состояние при перемене температуры, влажности, кислотности, освещения. Эти материалы реагируют даже на самое малое внешнее возмущение. Можно, например, излучением вызывать изменение в конформации полимерных цепочек, которое приведет к глобальной перестройке всей структуры полимера. Классические материалы — сплавы, керамика — состоят из достаточно простых кирпичиков: атомов, ионов или соединений из нескольких атомов. Поэтому для них подобные сильные отклики на малое внешнее возмущение практически недостижимы.
«Область, в которой мы работаем, называется "сложные жидкости". Это еще один термин для обозначения "умных" материалов. В каждом элементарном "кирпичике" такого материала могут быть десятки и даже сотни атомов, которые составляют мономер. Из этих мономеров мы выстраиваем полимерную цепочку.Структурная сложность мономеров обусловливает сложность взаимодействий между ними. В силу того, что материал организован в широком диапазоне шкал (от ангстремов до сотен нанометров), он обладает богатой палитрой возможных взаимодействий», — рассказывает директор исследований при французском Национальном центре по научным исследованиям, заведующий лабораторией инженерного материаловедения МГУ и лабораторией функциональных органических и гибридных материалов МФТИ Дмитрий Иванов.
Сейчас развивается целое направление, связанное с микророботами на основе мягких сред (мягкие среды — еще одно называние этих материалов). Под действием излучения в них можно вызывать механические деформации микрообъектов — и двигать их в нужном направлении.
«К примеру, полимер растворяется в воде при температуре ниже 31℃. Как только температура превышает 31°C, полимер претерпевает фазовое превращение, полимерные цепочки теряют свойство растворимости, наступает их коллапс, полимерная матрица резко сокращается, и объект начинает двигаться. Такие объекты из наночастиц (в нашем случае — золотых) называются микроплывунами; воздействуя на них инфракрасными лазерными импульсами, мы заставляем их плыть в нужную сторону. Когда-нибудь плывуны будут играть большую роль в наномедицине», — поясняет сотрудник лаборатории Егор Берсенев.
Другой пример — создание специальных многослойных микро- и даже нано-размерных пузырей для доставки лекарств. Направляя на пузырь излучение с определенной длиной волны, можно вызвать фазовый переход, — оболочка раскроется, и лекарство, которое находилась внутри пузыря, высвободится в том месте организма, в котором нужно. Так можно доставлять токсичные лекарственные препараты к раковым опухолям: чем точнее доставка, тем меньше нужна доза, и тем слабее побочные эффекты.