Швейцарские учёные создали материал, который обладает свойствами сухожилий живых организмов в местах их крепления к костям.
Этот материал мог бы значительно ускорить развитие эластичных портативных электронных устройств.
Разработки гибких и эластичных электронных устройств находятся на данный момент в зачаточном состоянии. Однако разработка электронных устройств, способных изгибаться или менять свою форму без нарушения функциональности может революционизировать устройства от смартфонов и солнечных батарей до медицинских имплантатов.
Футуристы уже довольно давно предсказывали одежду, которая контролирует жизненно важные параметры владельца, или телефонов и экранов, которые вплетены в ткань куртки или рубашки.
Но в то же время схемы и электропроводка вполне хорошо себя чувствуют на жёсткой поверхности, например в планшетах. Но они очень легко разрушаются в сочетании с материалами, имеющими эластичные свойства.
«Наша задача заключается в том, чтобы объединить два типа материалов, имеющих различные свойства», — говорит Андре Штударт, учёный из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе. Штударту и его команде удалось решить проблему с эластичным материалом из полиуретана, который содержал вкрапления жёсткого материала, достаточные для того, чтобы защитить хрупкие элементы электрических цепей.
Эластичная часть материала способна растягиваться на 350 процентов. Жесткая часть создана с помощью пропитки материала крошечными вкраплениями оксида алюминия и синтетической глины, называемой лапонитом, что дало возможность защитить электронику от деформации. Материал, представленный в исследовании, которое было опубликовано в журнале Nature Communications, создан в несколько слоёв и поэтому концентрация вкраплений жёсткой части была значительно увеличена. Это обеспечило большую долговечность в сопротивлении нагрузкам в зоне перехода между эластичной и жёсткой частью материала.
«В природе существует множество биологических материалов, которые обладают подобными свойствами, в том числе и сухожилия в местах крепления их к костям, однако подобные свойства практически не встречаются среди синтетических материалов», — говорит Андре Штударт.
На данный момент одна из компаний осуществляет попытки наладить производство электронных приборов из эластичных материалов. Эта компания называется MC10 и находится в Массачусетсе. Она была основана благодаря результатам исследований Джона Роджерса и его команды учёных из Университета штата Иллинойс.
MC10 использует метод создания материалов, отличный от того, какой использует команда учёных в Цюрихе. В данном случае используются очень тонкие кремниевые чипы, заключённые в растягивающийся полимер и связанные между собой тонкими проводами. Созданный материал может растянуться примерно на 60 процентов, примерно столько же, насколько растягиваются мягкие ткани тела.
Компания также разработала надувной медицинский зонд со встроенными электронными датчиками для пациентов с заболеваниями сердца, клинические испытания которого начнутся в следующем году.
«Оснащение поверхности зонда электронными датчиками предоставляет хорошую возможность осуществлять терапию мягких тканей, таких как сердце при лечении аритмии», — говорит Омар Кендал, один из руководителей компании. Потенциал этого рынка трудно переоценить, говорит Кендал. Эти технологии могут быть использованы как для наблюдения, так и для лечения хронических заболеваний от диабета до гипертонии.
Исследователи в Швейцарии в свою очередь заявляют, что их разработки могут быть использованы для создания синтетических хрящей или искусственных зубов с лучшей совместимостью, чем их современные аналоги.
В настоящее время для создания зубных пломб используется керамика, что создаёт риск повреждения настоящих зубов, если пациент слишком сильно сжимает зубы. Также и для лечения разрушенных позвонков при остеопорозе предполагается введение жёсткого полимера, который со временем может повредить окружающие здоровые позвонки.
По словам Андре Штударта вопрос заключается в том, что все подобные проблемы решаются с помощью жёстких материалов. Однако, открывается огромная перспектива для того, чтобы создавать материалы, неоднородные по своей структуре и использовать их, как биологические заменители.