Inteligentne materiały pomagają w gojeniu ran
MAP zmieniają swoje właściwości mechaniczne w zależności od otoczenia, w jakim się znajdują. Materiały te, stanowiące rewolucyjne osiągnięcie w dziedzinie mechaniki ciał stałych i materiałoznawstwa, składają się z matrycy polimerowej (elastomeru) z maleńkimi cząsteczkami magnetycznymi, które zmieniają swój kształt i wymiary w zależności od stanu namagnesowania. „Chodzi o to, że zewnętrzne pole magnetyczne wywołuje w tym materiale wewnętrzne siły w sposób, który prowadzi do zmiany właściwości mechanicznych, takich jak sztywność, a nawet do zmian kształtu i objętości, które mogą oddziaływać na pewne systemy komórkowe”, wyjaśnia inżynier dr Daniel Garcia-Gonzalez z Uniwersytetu Karola III w Madrycie w komunikacie prasowym zamieszczonym na portalu „Explica.co”. Dr Garcia-Gonzalez jest pierwszym autorem badania opisującego model stosowany w celu zapewnienia teoretycznych wytycznych dla systemów MAP, które można by zastosować do stymulowania gojenia się ran nabłonkowych. W ramach badania przeanalizowano, w jaki sposób właściwości matrycy elastomerowej i frakcja objętościowa cząstek wpływają na reakcję mechaniczną MAP. Wyniki badań, wspieranych przez finansowany ze środków UE projekt 4D-BIOMAP, zostały opublikowane w czasopiśmie „Composites Part B: Engineering”.
Badanie reakcji polimeru
Zespół badawczy przeprowadził próby rozciągania na 16 różnych konfiguracjach produkcyjnych materiału, analizując różne kombinacje frakcji objętościowych cząstek i stosunków ilościowych czynników sieciujących (cząsteczek łączących łańcuchy polimerowe), aby sprawdzić, jak reagują one na naprężenia. Wyniki badań wykazały bezpośrednią zależność pomiędzy frakcją objętościową cząstek a sztywnością MAP. Zwiększenie frakcji objętościowej cząstek prowadziło do wzrostu ogólnej sztywności we wszystkich badanych stosunkach ilościowych. Stosunek ilościowy również wydaje się odgrywać kluczową rolę w determinacji reakcji mechanicznej MAP. W komunikacje prasowym czytamy, że kontrolowanie tych procesów może otworzyć drogę do nowych zastosowań inżynieryjnych, takich jak miękka robotyka czy nowa generacja sztucznych mięśni. Dr Garcia-Gonzalez wyjaśnia tę koncepcję prostymi słowami: „Wyobraźmy sobie osobę, która jest na plaży i chce się szybko przemieścić. Piasek na ziemi (środowisko mechaniczne) sprawia, że poruszanie się naprzód jest nieco trudniejsze niż na asfalcie czy na bieżni. Analogicznie, gdy komórka znajduje się na zbyt miękkim podłożu, jej przemieszczenie będzie wymagało więcej wysiłku. Z drugiej strony jeśli uda nam się zmodyfikować te podłoża i opracować taki lekkoatletyczny tor dla komórek, sprawimy, że wszystkie te procesy będą odbywać się w znacznie bardziej wydajny sposób”. Dlatego też, kontrolując warunki wytwarzania kompozytu MAP, badacze mogą nadać materiałowi optymalne właściwości wymagane do konkretnego zastosowania. Zespół zidentyfikował już duży potencjał w tym zakresie, który mógłby wspomóc gojenie ran nabłonkowych i inne procesy rozwoju komórkowego. W styczniu 2021 roku rozpoczął się pięcioletni projekt 4D-BIOMAP (Biomechanical Stimulation based on 4D Printed Magneto-Active Polymers). „Ogólnym zamysłem tego projektu jest… wpływanie na różne procesy biologiczne (takie jak gojenie się ran, synapsy mózgowe lub reakcje układu nerwowego) na poziomie komórkowym, co pozwoli na opracowanie pewnych zastosowań inżynieryjnych, które pozwolą nam je kontrolować”, wyjaśnia dr Garcia-Gonzalez, który kieruje projektem 4D-BIOMAP. Więcej informacji: strona projektu 4D-BIOMAP
Słowa kluczowe
4D-BIOMAP, magnetoaktywny, polimer, polimer magnetoaktywny, elastomer, matryca, cząstka, frakcja objętościowa
