Ein selbstheilendes sensitives Material wurde geschaffen

Das neue Material kann sowohl in der Prothetik als auch bei der Herstellung von elektronischen Geräten verwendet werden.

Wissenschaftler haben versucht, Material zu schaffen, das menschliche Haut für viele Jahre nachahmte, die gleichen Eigenschaften hatte und solche Funktionen ausführen konnte. Die Haupteigenschaften der Haut, die Wissenschaftler zu reproduzieren versuchen, sind Sensibilität und die Fähigkeit zu heilen. Aufgrund dieser Eigenschaften sendet die menschliche Haut Signale an das Gehirn über Temperatur und Druck und dient als Schutzbarriere gegen Umweltreize.

Das Team des Professors für Chemieingenieurwesen der Stanford University in Chengdu Bao hat es zum ersten Mal geschafft, durch sorgfältige Arbeit ein Material zu schaffen, das diese beiden Eigenschaften vereint.

In den letzten zehn Jahren wurden viele Muster von "Kunstleder" kreiert, aber selbst die anspruchsvollsten hatten ernsthafte Nachteile. Einige von ihnen benötigen "Hitze", um "zu heilen", was ihren täglichen Gebrauch im Alltag unmöglich macht. Andere werden bei Raumtemperatur wieder hergestellt, aber wenn sie wieder hergestellt werden, ändert sich ihre mechanische oder chemische Struktur, was sie tatsächlich wegwerfbar macht. Vor allem aber war keines dieser Materialien ein guter Stromleiter.

Zhang Bao und seine Kollegen gelang es, einen großen Schritt in diese Richtung zu gehen und erstmals die Selbstheilung des Kunststoffpolymers und die elektrische Leitfähigkeit des Metalls in einem Material zu vereinen.

Die Wissenschaftler begannen mit Kunststoffen, die aus langen Ketten von Molekülen bestanden, die durch Wasserstoffbrücken verbunden waren. Dies ist eine ziemlich schwache Verbindung zwischen der positiv geladenen Region eines Atoms und der negativ geladenen Region der nächsten. Diese Struktur ermöglichte es dem Material, sich nach einem externen Aufprall effektiv selbst zu reparieren. Moleküle kollabieren ganz einfach, verbinden sich dann aber wieder in ihrer ursprünglichen Form. Dadurch wurde ein flexibles Material erhalten, welches Wissenschaftler mit der im Kühlschrank befindlichen Iris verglichen.

Zu diesem elastischen Polymer fügten die Wissenschaftler Nickel-Mikropartikel hinzu, die die mechanische Festigkeit des Materials erhöhten. Zusätzlich haben diese Partikel ihre elektrische Leitfähigkeit erhöht: Der Strom wird leicht von einem Mikropartikel zum anderen übertragen.

Das Ergebnis hat alle Erwartungen erfüllt. "Die meisten Kunststoffe sind gute Isolatoren, und wir haben einen exzellenten Leiter", schloss Zheng Bao.

Dann testeten die Wissenschaftler die Fähigkeit des Materials, sich zu erholen. Sie schnitten ein kleines Stück Material mit einem Messer. Durch leichtes Andrücken der beiden Formteile an das Material stellten die Forscher fest, dass das Material seine ursprüngliche Stärke und elektrische Leitfähigkeit um 75% wiedererlangte. Eine halbe Stunde später hat das Material seine ursprünglichen Eigenschaften vollständig wiederhergestellt.

"Selbst die menschliche Haut braucht ein paar Tage, um zu heilen, also denke ich, dass wir ein sehr gutes Ergebnis erzielt haben", sagte Bao Benjamins Kollege Chi Kion Tee.

Neues Material hat erfolgreich den nächsten Test bestanden - 50 Zyklen der Inzisionsregeneration.

Die Forscher werden nicht darauf eingehen. In Zukunft wollen sie die Nickelteilchen im Material effizienter nutzen, da sie nicht nur stark sind und die elektrische Leitfähigkeit verbessern, sondern auch die Fähigkeit zur Selbstreparatur verringern. Die Verwendung von kleineren Metallpartikeln kann das Material noch effizienter machen.

Durch die Messung der Empfindlichkeit des Materials konnten die Wissenschaftler mit der Stärke des Handschlags Druck erkennen und darauf reagieren. Weil Bao und sein Team zuversichtlich sind, dass ihre Erfindung in Prothesen verwendet werden kann. Darüber hinaus werden sie ihr Material so dünn und transparent wie möglich machen, damit es elektronische Geräte und deren Bildschirme abdecken kann.

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