“Биодеградируемые полимеры: структура и свойства”. Полимеры этого типа, например, поли(b -гидроксибутираты (ПГБ), получаемые под влиянием микроорганизмов (бактерий), обладают, помимо способности быстро деградировать, высокой биосовместимостью, гидрофобностью и особыми оптическими, мембранными и пьезоэлектрическими свойствами. Автором приведен пример решения технологической проблемы получения изделий из ПГБ, которая связана с близостью температур плавления и деструкции этого полимера.
Очевидно, что перспективы применения нанотехнологий в полимерной отрасли грандиозны, как всегда бывает на стыке нескольких направлений науки и производства. Уже по самому своему определению (нанотехнологии – совокупность методов и приемов, применяемых при изучении, проектировании, производстве и использовании структур, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и модификацию формы, размера, интеграции и взаимодействия составляющих их наномасштабных элементов (1-100 нм) для получения объектов с новыми химическими, физическими, биологическими свойствами), нанотехнологии дают в руки полимерщикам новые методы и приемы производства полимерных материалов наряду с традиционными технологиями и открывают возможность реализовать давнишнюю мечту конструкторов – получить материалы с заранее заданными свойствами путем управляемого упорядочивания расположение молекул в полимерах. И ряд успешных шагов в этом направлении уже сделан. Исследователи из Массачусетского технологического института создали новый класс материалов – нанополимеры. В длину они достигают 50 тыс. частиц, при этом могут образовывать тонкие полимерные пленки площадью 1 кв. см и толщиной 60 мкм. Полимеры были созданы благодаря нарушению симметрии сферических наночастиц. Ученые присоединили два различных типа лигандов, молекул тиола, к полюсам сфер. Затем лиганды одной наносферы соединялись с лигандами другой частицы, образуя наномасштабный эквивалент полимера. Цепная реакция, которая занимает несколько часов, очень похожа на реакцию полимеризации нейлона. С помощью новой технологии можно создавать нанополимеры, обладающие определенными полезными свойствами. Например, она дает возможность контролировать пористость материала на наноуровне. Кроме того, новые полимеры могут использоваться для исследования фундаментальных свойств материалов.
Ученые из университета штата Пенсильвания и университета Райса (США) сделали новый важный шаг в создании сверхпрочных полимеров. Новый материал является композиционным, в нем использованы обычный нейлон и углеродные нанотрубки. Композит получают методом межфазной полимеризации, с помощью которого нанотрубки равномерно распределяются по длине макромолекулы. Кроме того, исследователи научились модифицировать свойства полимера путем введения алкильных сегментов, или углеродных спейсеров. Спейсеры играют роль связующих сегментов, обеспечивающих ковалентную связь между нанотрубками и макромолекулами. Эта связь определяет прочностные и упругие свойства композиционного материала. Попытки создать композицию нейлона с нанотрубками без спейсеров были неудачными – материалы оказались слишком хрупкими.
Важным результатом исследования является возможность получать материалы с заданными свойствами – регулировать можно не только механические, но и электрические, и термические свойства». Ученые из NationalInstituteofStandardsandTechnology (NIST) создали совершенно необычный полимер из нанотрубок длинной до 1 см. Трубки позволяют материалу быть не только чрезвычайно прочным, но и неограниченное время поддерживать форму. Кроме материала для чего-либо, данный полимер может применяться как средство передачи малых объемов химикатов (через трубки), т.е. работать как микроскопические шприцы, вводящие молекулы в зону химической реакции по 1 шт. До этого времени самыми «удачными» свойствами обладали нанотрубки из углерода. Стабильные и не хрупкие трубки из другого материала были получены впервые.
Ученые из Боннского и Левенского университетов обнаружили, что могут влиять на газо- и водопроницаемость пластмасс, добавляя в них наноразмерные пластинки. Если такие пластики использовать для пищевой упаковки, то они могли бы помочь в сохранении фруктов, овощей и других скоропортящихся продуктов, увеличивая допустимое время нахождения на прилавке и снижая стоимость перевозки, включая доставку от производителя до хранилища.
Упаковка из нанополимера, содержащего частицы оксида цинка, не восприимчива к УФ-излучению и продлевает срок хранения пищевых продуктов. Разработка представлена компанией Micronisers. Специальный материал с оксидом цинка Nanocryl обеспечивает наилучшую и наиболее длительную защиту от воздействия солнечного света и высоких температур. Компания также заверяет, что новый ПЭНД пленки на основе нового полимера не так быстро разлагаются в почве как традиционные пластиковые материалы, и может успешно применяться в сельском хозяйстве – как укрывная пленка для растений. Освоена методика организации протяженных структур из нанотрубок и наностержней на разнообразных поверхностях со строго определенной, контролируемой и стабильно выдерживаемой по поверхности плотностью с использованием полимерных пузырей. Ученым из Гарвардского и Гавайского университетов удалось продемонстрировать возможность использования метода экструзии посредством надувания пузырей для создания протяженных слоев из ориентированных в пространстве заданным образом нанотрубок. Аналогичные технологии были известны и использовались в промышленности и раньше, например, при производстве пластиковых пленок, однако для организации массивов из нанотрубок технология «мыльных пузырей» была применена впервые. В ходе проведенных экспериментов наноструктуры растворялись в жидкости на основе полимера, из которой выдувался пузырь. Малая толщина стенок пузыря (несколько сот нанометров) способствовала равномерному и упорядоченному расположению нанотрубок в стенках пузыря. По мере контролируемого роста пузырь соприкасался с экспериментальной подложкой - например, кремниевой пластиной. При этом стенка пузыря с содержащимися в ней наноструктурами «прилипала» к пластине, образуя сверхтонкую пленку со строго определенной и контролируемой удельной плотностью наноструктур. Предполагается, что новая технология позволит удешевить, в частности, массивы биологических сенсоров и экраны на основе наноструктур». Полимерная резиновая смесь молекулярного уровня, рожденная нанотехнологиями, обеспечивает взаимодействие шины даже с самыми мельчайшими выступами дорожной поверхности, идущее на молекулярном уровне. Можно сказать, новая шина прямо-таки берет дорогу в свои объятия. Новая резиновая смесь также отличается выдающимися параметрами износостойкости. Объединение этих противоречивых параметров – отличное сцепление и низкий износ – относится к заслугам разработчиков шин. И все это за счет нанотехнологий.
Помимо создания материалов с улучшенными характеристиками, симбиоз нанотехнологий и полимеров позволяет получать полезные эффекты, ранее не виданные. Созданная американскими исследователям химического факультета Калифорнийского университета в Риверсайде жидкость, изменяющая свой цвет под воздействием магнитного поля, содержит крошечные частицы оксида железа диаметром примерно 100 нанометров с нанесенным на них полимерным покрытием. Пластик несет на себе электрический заряд, а оксид железа подвержен действию магнитных полей. В результате манипуляций этими двумя противостоящими силами из частиц можно создавать упорядоченные структуры, носящие наименование коллоидных «фотонных кристаллов». Аккуратно выстроенная решетка обладает способностью не пропускать свет с длиной волны, сравнимой с периодом структуры фотонного кристалла – таким образом можно менять цвет изображения на «жидких экранах». Подобная взвесь частиц чрезвычайно дешева и проста в изготовлении и помимо гигантских мониторов, не «слепнущих» под прямыми лучами солнца, с успехом может быть использована при создании гибкой перезаписываемой «электронной бумаги». Учеными создан первый в мире нейроинтерфейс, связывающий нейроны с пленками, содержащими фотоэлементы. Как считают исследователи, это открытие позволит в будущем сконструировать искусственную сетчатку глаза. Профессору Николасу Котову из медицинского отделения Техасского университета и его коллегам из университета Мичигана удалось связать нервные клетки с воздействием фотонов на специальную фотосенсорную пленку, связанную с клетками. Это открытие не обошлось без использования нанотехнологий. Наночастицы, использованные в составе световоспринимающей пленки, помогли создать современный прототип будущей искусственной сетчатки. Основа искусственной сетчатки – тонкая пленка, созданная послойно. Она представляет собой «бутерброд» из двух слоев: слоя наночастиц теллурида ртути и положительно заряженного слоя полимера PDDA. Оба слоя ученые соединили с помощью специального клея и нанесли на поверхность «бутерброда» биосовместимое аминокислотное покрытие, чтобы нервные клетки могли без проблем взаимодействовать с пленкой. На пленке ученые разместили культуру нейронов. Как только фотоны начали попадать на ее поверхность, в пленке наночастицы абсорбировали фотоны, производя при этом электроны, проходящие через слой полимера PDDA, вырабатывающего слабый электрический ток. Когда ток доходил до клеточной мембраны нейронов, происходил процесс ее деполяризации, и начиналось распространение нервного сигнала, свидетельствующее о наличие в этой области пленки света. Искусственная сетчатка, созданная на базе открытия ученых, сможет даже воспроизводить цветовую насыщенность объектов, не говоря уже о высоком разрешении. Также сетчатка биологически совместима с тканями человека, благодаря использованию полимеров.