Исследователи из Токийского университета в Японии разработали гидрогели, вдохновленные метаболизмом: материалы, которые имитируют жизненные процессы вроде ритмичного движения и преобразования энергии. В отличие от обычных гидрогелей, они не просто реагируют на внешние стимулы, а генерируют функции за счет встроенных химических реакций.
В основу инновации легли полимерные сети, которые организуют и регулируют реакции внутри материала. В структуру включили окислительно‑восстановительные катализаторы и функциональные молекулы, благодаря чему получили два типа гелей. Первые — самоколебательные: периодически набухают и сжимаются без внешнего контроля, имитируя биение сердца. Вторые — искусственные фотосинтетические: преобразуют световую энергию в химическую и могут, например, генерировать водород. Пространственная организация молекул в полимерной сетке обеспечивает макроскопические функции, похожие на биологические циклы (фотосинтез или работу сердца).
Такие гидрогели перспективны в разных областях. В мягкой робототехнике самоколебательные гели могут служить искусственными мышцами для автономного движения. Фотосинтетические могут лечь в основу производства водорода и углеродно‑нейтральных энергетических систем. Из‑за чувствительности к среде их также рассматривают как основу интеллектуальных материалов и сенсоров нового поколения.
Исследование, опубликованное в Chemical Communications, знаменует новую главу в материаловедении: ученые переходят от «реагирующих» материалов к системам с чертами живых организмов, способным к саморегуляции и автономному функционированию. В будущем это может дать толчок инновациям в медицине, инженерии и устойчивом развитии.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что умный гидрогель помог настроить защиту тела от рака.
