Создан новый полимер с памятью формы, сохраняющий свою гибкость
Полимеры с памятью формы давно притягивают внимание ученых благодаря своей удивительной возможности принимать различные формы и поддерживать их до тех пор, пока некое внешнее воздействие, например, повышение температуры, не вернет их в первоначальному виду. В то же время эти же самые свойства материала, которые помогают полимерам приобретать новую форму, имеют и негативный эффект — жесткость полимера, которая ограничивает его применение в биомедицинской отрасли. Используя простую технику, ученые решили эту проблему и создали новый мягкий эластомер с памятью формы путем объединения двух различных полимеров.
Рисунок 1. Для получения эластомера с памятью формы два расплавленных полимера формуют в «коврик» из волокон (рисунок слева), а затем сжимают до образования гладкой пленки, поперечное сечение которой изображено на рисунке справа.
Патрик Т. Мазер из Сиракьюзского университета США и его исследовательская группа создали материал с памятью формы, комбинируя полимеры с различными температурами плавления и стеклования. Принцип действия достаточно прост: в то время, как один полимер остается мягким и эластичным при данной температуре, другой кристаллизуется, обеспечивая достаточную жесткость композита для приобретения и поддержки новой формы. Подобрав нужное соотношение полимеров можно обеспечить сохранение формы композита без приобретения им излишней жесткости.
Для создания материала исследователи выбрали имеющийся в продаже термопластичный полиуретан, который остается мягким при комнатной температуре. Другой полимер, поли(ε-капролактон), поддерживает форму материала вплоть до температуры плавления полимера, равную 56°C. Методом струйного литья растворов двух полимеров на металлический цилиндр ученые сформовали композиционный волокнистый мат. Затем они прессовали и нагревали коврик до образования плотной пленки, придав ей форму собачьей кости. Далее объект нагревали до 80°С, скручивали и давали ему остыть скрученном виде. После повторного нагревания полимер раскрутился, приняв первоначальную форму (см. рисунок 2).
Рисунок 2. Обратимость формы полимерного материала после нагревания.
По словам Мазера, использование различных комбинаций коммерчески доступных полимеров может дать целый ряд композитов с памятью формы с различными степенями жесткости или твердости и различными температурами перехода. Такие материалы являются достаточно гибкими, их можно использовать для изготовления индивидуальных медицинских зондов, катетеров, повторяющих форму, например, конкретного органа. Материалы также могут быть легко адаптированы к трехмерной печати, которая завоевывает все большую популярность для быстрого прототипирования многих объектов.