Гидрогели научили имитации сердцебиения и фотосинтеза

Фото из открытых источников

Исследователями из японского Токийского университета разработаны гидрогели, работающие по аналогии с метаболизмом живого организма.  Это материалы, имитирующие биологические процессы типа ритмичных движений и преобразования энергии. Тогда как обычные гидрогели реагируют исключительно на внешние стимулы, новация генерирует функционал при помощи встроенных химических реакций.

В основу новой методики положены полимерные сети, организующие и регулирующие процессы внутри материала. В структуре были задействованы окислительно‑восстановительные катализаторы и функциональные молекулы, что дало возможность получить два типа гелей. Самоколебательные периодически набухают и сжимаются в отсутствие контроля извне, что позволяет имитировать сердцебиение.

А искусственные фотосинтетические основаны на преобразовании световой энергии в химическую. Они могут, в частности, синтезировать водород. Сборка молекул в полимерной сетке создаёт макроскопические функции, схожие с биологическими циклами, такими как фотосинтез или работа сердца.

Подобные гидрогели найдут применение в разных областях, уверены авторы публикации. В мягкой робототехнике они смогут выполнять роль искусственных мышц для автономного движения. Или стать основой выработки водорода и углеродно‑нейтральных энергетических систем. Ещё одна вероятная сфера применения: база для интеллектуальных материалов и инновационных сенсоров.

Исследование опубликовано в Chemical Communications. Оно позволит специалистам упростить переход от «реагирующих» материалов к системам, наделённым признаками живых организмов, которые обладают способностью к саморегуляции и автономии.