Znajdź zawartość

Błysk promieniowania gamma utwardzi tworzywa sztuczne protez stawów. Dzięki temu przetrwają lata i nie powstaną wywołujące skutków ubocznych odłamki. Do wykonania poszczególnych części endoprotez wykorzystuje się różne materiały: stal nierdzewną, stopy tytanu, ceramikę. By stymulować wzrost tkanki chrzęstnej, stosuje się m.in. powłokę z nylonu. Okazuje się jednak, że w trakcie użytkowania powstają odpryski, które drażnią tkanki, prowadząc do bolesnego stanu zapalnego. W swoich najnowszych badaniach Maoquan Xue z Changzhou Institute of Light Industry Technology oceniał skutki dodania ceramicznych cząstek i włókien do dwóch materiałów do powlekania endoprotez: 1) polietylenu bardzo wysoko molekularnego o dużej gęstości (UHMWPE) i 2) polieteroeteroketonu (PEEK). Obecnie ani UHMWPE, ani PEEK nie sprawują się wystarczająco dobrze przy naprężeniach powstających w trakcie codziennego użytkowania. Długie łańcuchy polimerowe dobrze rozprowadzają przyłożone siły, co przekłada się na szybkie powstawanie szczelin. Gdy jednak do materiału doda się cząstki ceramiczne i kompozyt podda się oddziaływaniu błysku promieniowania gamma, główne łańcuchy polimerowe ulegają rozerwaniu, bez wpływu na ogólną strukturę sztucznej chrząstki. Nie powstają mikroszczeliny, bo łańcuch nie rozciąga się nadmiernie pod wpływem działających sił. Xue uważa, że kompozyt może być bardziej biokompatybilny, co zmniejsza ryzyko odrzucenia przeszczepu. Wskazuje m.in. na większą receptywność w stosunku do osteocytów lub komórek macierzystych.

Żywe tkanki mają wyjątkową zdolność do samoleczenia się. Od dawna marzeniem technologów materiałowych były samo samonaprawiające się tworzywa, ale do tej pory osiągnięcia nie były porywające: w tworzywach sztucznych umieszczano na przykład mikroskopijne kapsułki z substancją, która przy uszkodzeniu „zaklejała" ubytki. Taka samonaprawa działała jednak tylko raz. Nowe polimery stworzone przez Polaka potrafią wręcz same poskładać się w całość, dowolną ilość razy - wystarczy im do tego nieco ultrafioletu. Przełomowe odkrycie jest dziełem Krzysztofa Matyjaszewskiego - polskiego wybitnego chemika, pracującego obecnie w USA. To jego zespół, złożony z uczonych z Carnegie Mellon University (Pittsburgh, USA) oraz japońskiego Kyushu University, opracował polimery o zaskakujących właściwościach. Kluczem do tych właściwości są odpowiednie wiązania kowalencyjne, które pod wpływem światła ultrafioletowego mogą na nowo łączyć się dowolną ilość razy. Cząsteczki polimeru łączą się „krzyżowo" poprzez specjalne grupy (trithiocarbonate units) - atom węgla takiej grupy łączy się z trzema atomami siarki, z których dwa używają swojego drugiego wiązania do przyłączenia kolejnego atomu węgla. To właśnie te grupy mają tę właściwość: energia dostarczona przez promieniowanie UV powoduje zerwanie jednego wiązania węgiel-siarka, tworząc w ten sposób dwie bardzo reakcyjne molekuły z wolnym (niesparowanym) elektronem, które agresywnie szukają miejsca do stworzenia nowej grupy złożonej z atomu węgla i trzech atomów siarki. Ta wiążąca reakcja łańcuchowa zatrzymuje się dopiero, kiedy dwie takie reakcyjne molekuły połączą się ze sobą. W praktyce taki materiał można przeciąć na pół, a następnie wystarczy lekko ścisnąć rozcięte kawałki i lekko naświetlić ultrafioletem, aby trwale połączyły się ze sobą. Nie koniec na tym: eksperymentalną próbkę badacze pocięli na małe kawałki, które po złożeniu i naświetleniu zrosły się bez śladu, tworząc równie zwarty element, jak przed eksperymentem. Takie operacje można powtarzać. Możliwe zastosowania takich materiałów ogranicza tylko wyobraźnia. Uczeni zauważają, że taki polimer to nie tylko możliwość konstruowania samonaprawiających się konstrukcji, ale też świetny materiał do recyklingu, czyli bardzo ekologiczny. Studium Krzysztofa Matyjaszewskiego „Repeatable Photoinduced Self-Healing of Covalently Cross-Linked Polymers through Reshuffling of Trithiocarbonate Units" ukazało się w Angewandte Chemie International Edition.

Hiszpański projektant mody Manel Torres nawiązał współpracę z prof. Paulem Luckhamem, specjalistą w zakresie technologii cząstek z Imperial College London, by opracować sprej, który w kontakcie ze skórą tworzy bezszwową tkaninę. Powstały w ten sposób T-shirt można potem zdjąć, uprać i nosić na nowo. Na przedpremierowym pokazie dla mediów stworzenie koszulki na modelu zajęło Torresowi zaledwie kwadrans. W poniedziałek (20 września) szersza publiczność zapoznała się z nową technologią na organizowanej przez ICL imprezie Science in style. Hiszpan zaprezentował na niej swoją kolekcję wiosna/lato 2011. Wyjątkowy materiał składa się z krótkich włókien, łączonych w całość za pomocą polimerów. Po dołączeniu rozpuszczalnika do pojemnika ciśnieniowego lub pistoletu lakierniczego trafia ciekła postać tkaniny. Kiedy sprej dociera do skóry bądź innej powierzchni, rozpuszczalnik natychmiast odparowuje. Rozmaite tekstury i kolory da się uzyskać, stosując różne włókna, np. wełniane, lniane lub akrylowe. Torres podkreśla, że jako artyście marzyła mu się niepowtarzalna, komfortowa kreacja, jednak ukryty w nim naukowiec domagał się czegoś, co można by bez problemu wielokrotnie odtworzyć. Chciałem pokazać, jak nauka i technologia mogą pomóc projektantom opracowywać nowe materiały. Technologię autorstwa Torresa i Luckhama można zastosować nie tylko w modzie, ale i w medycynie (np. do uzyskiwania bandaży z wysterylizowanych pojemników lub "wstrzykiwania" leków bezpośrednio do rany), kosmetyce (nawilżane chusteczki), przemyśle chemicznym czy w samochodowej bądź meblowej tapicerce. By dogłębniej zbadać możliwości jej wdrożenia, panowie założyli firmę Fabrican Ltd. http://www.youtube.com/watch?v=ScvdFeh1aOw

U pacjenta z zastoinową niewydolnością serca narząd ten ulega powiększeniu i przepompowuje krew nieefektywnie, czyli dostarcza jej za mało w stosunku do potrzeb metabolicznych organizmu. Dlatego pacjent szybko się męczy i odczuwa duszność. Jednostka chorobowa nie jest jeszcze dokładnie zbadana, ale przypuszcza się, że odpowiada za nią uszkodzenie ścian serca lub zaburzenia w pracy zastawek. Powiększenie jest skutkującym niestety przez krótki czas sposobem, w jaki serce stara się zrekompensować swoje obniżone możliwości przetaczania krwi. To jednak błędne koło, bo nadmierne rozciągnięcie jeszcze bardziej uszkadza organ. Zespół Bilala Shafiego ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Stanforda w Palo Alto wpadł jednak na pomysł, jak temu zaradzić. Trzeba skonstruować pewnego rodzaju kopolimerowy gorset. Składają się na niego 2 warstwy polimeru. Pierwsza ma zapewnić siłę i wytrzymałość, dlatego wybrano glikol polietylenowy (PEG). Druga warstwa to kolagen, który, jak łatwo się domyślić, odpowiada z kolei za elastyczność. Pozostał tylko jeden problem, jak dostarczyć polimery do serca. Amerykanie zdecydowali, by początkowo mieszanka miała postać proszku lub żelu, który już na miejscu byłby przekształcany w cienki, ale mocny film za pomocą ciepła czy promieniowania UV.

Dzięki opracowanej właśnie metodzie uzyskiwania cienkiej warstwy krzemu możliwe będzie tworzenie zaawansowanych układów scalonych niemal na każdej powierzchni. Uczeni z University of Wisconsin udowodnili, że rozciągnięty krzem, stosowany od kilku lat przez Intela, może zostać wyprodukowany w tak cienkiej warstwie, iż staje się elastyczny. Obecnie stosowane elastyczne układy scalone wykonuje się z polimerów. Materiały te nie zapewniają jednak tak dużej wydajności jak krzem. Rozciągnięty krzem uzyskuje się poprzez jego fizyczne rozciągnięcie bądź domieszkowanie germanem. Takie zabiegi powodują, że odległości pomiędzy poszczególnymi atomami materiału stają się większe, ułatwiając przepływ elektronów, co pozwala na budowę bardziej wydajnych układów. Dotychczas wykorzystuje się warstwy rozciągniętego krzemu, których grubość liczy się w mikrometrach (milionowych częściach metra). Zespół profesora Maxa Lagallyego opracował metodę, która pozwala na wykonanie warstwy takiego krzemu o grubości kilkuset nanometrów (miliardowa część metra) oraz przeniesienie jej na inną powierzchnię. Aby uzyskać odpowiednio cienką warstwę rozciągniętego krzemu, Lagelly wraz ze współpracownikami nałożyli na gotowy krzemowy plaster warstwę tlenku krzemu, a na nią kolejną warstwę krzemu. Na krzem został nałożony następnie krzem z domieszką germanu, czyli rozciągnięty krzem. Jego atomy musiały jednak dostosować swoje położenie do leżących poniżej wielu warstw krzemu (warstwa dodatkowa + warstwy pod tlenkiem krzemu) i uległy ścieśnieniu. Na taką ściśniętą warstwę nałożono kolejną, znowu samego krzemu. W ten sposób powstał rodzaj "kanapki" o grubości 250 nanometrów. "Kanapka" wykazywała jednak właściwości zwykłego krzemu, gdyż, jak wspomniano, warstwa krzemu domieszkowanego germanem uległa ścieśnieniu. Aby ją "uwolnić", całość zanurzono w kwasie fluorowodorowym, który rozpuścił warstwę tlenku krzemu, mocującą całość do plastra. W ten sposób od całości oddzielone zostały trzy połączone ze sobą warstwy o łącznej grubości 250 nanometrów: krzem-krzem z germanem-krzem. Znajdujący się w środku domieszkowany krzem zaczął się rozprężać, rozciągając jednocześnie warstwy nad i pod nim. Uzyskano dzięki temu cienki elastyczny plaster rozciągniętego krzemu, który można było przenieść na elastyczną powierzchnię. Lagally uważa, że pierwsze produkty wykonane za pomocą jego technologii trafią na rynek w ciągu najbliższych lat. Początkowo będą nimi najprawdopodobniej elastyczne systemy prezentacji obrazu i wyświetlacze wysokiej jakości.