Имитатор зубной эмали

А.И. Курамшин

pic_2017_05_06-2.jpg

Строение зубной эмали достаточно однообразно у всех представителей мира живого, например у человека (слева) и динозавра Tyrannosaurus rex (в центре). Исследователям удалось имитировать эту наноструктуру в своем материале (справа)

Зубная эмаль — уникальный композитный материал, созданный природой. Она достаточно жесткая, чтобы зубы могли измельчать и перетирать все виды пищи, и при этом прочная. Многие пытались получить синтетический материал с подобными свойствами, но повторить инженерное решение природы пока никому не удавалось. После многочисленных проб и ошибок исследователи из США и Южной Кореи все же создали материал, который можно назвать точной копией прочнейшей биологической ткани («Nature», 2017, 543, 7643, 95—98, doi: 10.1038/nature21410).

Рукотворным материалам, если они прочны и устойчивы к деформации, как правило, не хватает жесткости — способности поглощать энергию, не разрушаясь. Материалы же, сотворенные природой, могут сочетать в себе прочность и жесткость за счет того, что в них комбинируются прочные неорганические и адсорбирующие энергию органические материалы. При этом, например, наноструктура костей скелета у разных видов животных различается (при близости физических свойств). А у эмали зубов человека, морского ежа, динозавров и других существ наноструктура поразительно схожа — вертикальные колонны жесткого неорганического материала, внедренного в матрицу из биополимера. Очевидно, такой тип наноструктуры дает значительные преимущества.

Гонка за получением синтетического аналога зубной эмали в случае успеха позволила бы получить материал, способный найти применение где угодно, от биомедицины до авиастроения. В нескольких работах приводились вполне убедительные доказательства того, что повторить колоннообразное строение природного материала невозможно. Американские и южнокорейские исследователи опровергли эти доказательства, разработав оригинальную методику синтеза. На первом этапе на подложку осаждали нанокристаллы оксида цинка, которые вырастали из раствора как сталагмиты и формировали систему нанопроводов, на втором пустоты между нанопроводами из оксида цинка заполняли полиаллиламином и полиакриловой кислотой — это позволяло получить один слой композитного материала. Затем снова выращивали лес из цинкоксидных нанопроводов и снова заполняли пустое пространство смесью полимеров. Как отмечает руководитель работы Николас Котов из Мичиганского университета, и первый, и второй этапы были известны ранее, но в комбинации их применили впервые, а именно это сочетание и позволило получить композит с желаемыми свойствами.

Авторы работы испытали новый композит в условиях как статического, так и динамического сдавливания (в последнем случае при различных частотах колебаний), и он успешно сопротивлялся всем воздействиям. По словам Котова, результаты испытаний показывают, что по своим прочностным характеристикам синтетический композитный материал ничем не уступает зубной эмали, а может быть, даже слегка превосходит ее. Новая методика может оказаться полезной и для синтеза других композитных материалов, состоящих из органических и неорганических составляющих.

Разные разности
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...
Маскировка, подсказанная цикадой
Тело цикады покрывают брохосомы. Эти структуры отлично поглощают свет, тем самым помогая ей маскироваться от животных, глаза которых видят в том числе и ультрафиолетовый свет. Используя 3D-принтер, исследователи создали искусственные аналоги брохосом...