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).
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.