Исследовательская группа из Шэньчжэньского института передовых технологий при Академии наук Китая под руководством профессора Ду Сюэминя совершила прорыв в области материаловедения. Ученые создали биомиметический гидрогель, способный плавно и автономно менять свою форму и внутреннюю структуру в диапазоне от нескольких минут до четырех недель, имитируя поведение живых тканей. Результаты работы опубликованы в научном журнале Matter.
В живой природе изменение формы — от быстрого поворота листьев растений к солнцу до многонедельного роста тканей организма — регулируется сложными пространственно-временными химическими сигналами. Традиционные синтетические материалы ранее не могли воспроизвести такую длительную динамику. Китайские специалисты решили эту проблему с помощью инновационной системы STERS (spatiotemporally evolving reactive species — пространственно-временно развивающиеся реактивные формы).
Технология базируется на трех ключевых компонентах:
Всего одной кратковременной вспышки инфракрасного света достаточно, чтобы запустить в гидрогеле непрерывную цепную реакцию полимеризации и сшивания, которая продолжается до четырех недель без дополнительной подпитки энергией.
Разработка имеет колоссальный потенциал для практического применения. В ходе экспериментов исследователи использовали динамически сжимающиеся микроузоры на поверхности гидрогеля для успешного управления дифференцировкой стволовых клеток — направляя их развитие в костную ткань или нейроноподобные структуры.
Кроме того, гидрогель был успешно интегрирован в мягкий интерфейс «мозг — электрод» на растущем мозге подопытного грызуна: материал мягко адаптировался к увеличению тканей животного, обеспечивая стабильную и качественную запись нейронной активности без травмирования. Ученые отмечают, что новая технология ляжет в основу умных биомедицинских имплантов, гибких роботов и интерфейсов мозг–компьютер следующего поколения.