Et selvhelbredende sensormateriale har blitt skapt

Det nye materialet kan brukes i proteser, så vel som i produksjonen av elektroniske enheter.

Forskere har i mange år forsøkt å lage et materiale som kan imitere menneskehud, ha de samme egenskapene og utføre lignende funksjoner. De viktigste egenskapene til huden som forskere prøver å gjenskape er følsomhet og evnen til å lege. Takket være disse egenskapene sender menneskehud signaler til hjernen om temperatur og trykk og fungerer som en beskyttende barriere mot miljøirritanter.

Gjennom møysommelig arbeid har teamet til Zhenan Baos professor i kjemiteknikk ved Stanford University for første gang lyktes med å lage et materiale som kombinerer disse to egenskapene.

I løpet av de siste ti årene har det blitt laget mange eksemplarer av «kunstig hud», men selv de mest avanserte av dem hadde svært alvorlige ulemper. Noen av dem krever høye temperaturer for å «helbredes», noe som gjør dem umulige å bruke i hverdagslige husholdningsforhold. Andre restaureres ved romtemperatur, men under restaureringen endres deres mekaniske eller kjemiske struktur, noe som faktisk gjør dem til engangsbruk. Men viktigst av alt, ingen av disse materialene var gode ledere av elektrisitet.

Zhenan Bao og kollegene hans har tatt et stort skritt fremover i denne retningen og har for første gang kombinert de selvreparerende egenskapene til en plastpolymer og den elektriske ledningsevnen til et metall i ett enkelt materiale.

Forskerne startet med en plast som besto av lange kjeder av molekyler forbundet med hydrogenbindinger. Dette er en ganske svak forbindelse mellom den positivt ladede regionen av ett atom og den negativt ladede regionen av det neste. Denne strukturen tillot materialet å effektivt selvreparere etter ytre påvirkninger. Molekylene brytes ned ganske lett, men kobles deretter sammen igjen i sin opprinnelige form. Resultatet var et fleksibelt materiale som forskerne sammenlignet med karamell som ble liggende igjen i kjøleskapet.

Forskere tilsatte mikropartikler av nikkel til denne elastiske polymeren, noe som økte materialets mekaniske styrke. I tillegg økte disse partiklene dens elektriske ledningsevne: strøm ledes lett fra en mikropartikkel til en annen.

Resultatet innfridde alle forventningene. «De fleste plasttyper er gode isolatorer, men vi fikk en utmerket leder», oppsummerte Zhenan Bao.

Forskerne testet deretter materialets evne til å gjenvinne seg. De kuttet et lite stykke av materialet i to med en kniv. Ved å presse de to resulterende delene lett sammen, fant forskerne at materialet hadde gjenvunnet 75 % av sin opprinnelige styrke og elektriske ledningsevne. En halvtime senere hadde materialet fullstendig gjenvunnet sine opprinnelige egenskaper.

«Selv menneskehud tar noen dager å gro. Så jeg tror vi har oppnådd et ganske godt resultat», sa Baos kollega Benjamin Chi Kion Tee.

Det nye materialet besto også den neste testen – 50 kutt-gjenopprettingssykluser.

Forskerne stopper ikke der. I fremtiden ønsker de å utnytte nikkelpartiklene i materialet bedre, ettersom de ikke bare gjør det sterkere og forbedrer dets elektriske ledningsevne, men også reduserer dets evne til selvreparasjon. Bruk av mindre metallpartikler kan gjøre materialet enda mer effektivt.

Ved å måle materialets følsomhet fant forskerne ut at det kan oppdage og reagere på trykk med kraften til et håndtrykk. Derfor er Bao og teamet hans sikre på at oppfinnelsen deres kan brukes i proteser. I tillegg planlegger de å gjøre materialet så tynt og gjennomsiktig som mulig, slik at det kan brukes til å belegge elektroniske enheter og skjermene deres.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]