Исследователи Техасского университета в Остине создали необычный материал, который ведёт себя похоже на живые ткани: пропускает одни молекулы и задерживает другие. Его можно печатать на 3D-принтере, а процесс изготовления занимает всего несколько минут. Благодаря этому материал открывает возможности сразу в нескольких областях — от восстановления органов и мягкой робототехники до извлечения ценных веществ из сточных вод.
Обычные способы создания тканеподобных структур плохо масштабируются и работают слишком медленно. Команда решила проблему, плотно «сжав» миллиарды крошечных водных капель с помощью простого смешивания и центрифугирования. Каждая капля отделена тонкой мембраной, и эти мембраны соединяются друг с другом почти так же, как клетки в настоящих тканях человека.
«Ткани умеют разделять и переносить ионы и молекулы — именно так работают почки или кишечник, забирая только нужное и оставляя лишнее», — объясняет Маниш Кумар (Manish Kumar), профессор инженерного факультета.
Как создали материал
Ключевую идею предложила аспирантка Аида Фика (Aida Fica). После нескольких лет борьбы с медленным формированием и нестабильностью структур она услышала на конференции о подходе, который решил проблему. Исследователи использовали эмульгирование: смешали два масла с разной растворимостью, получили капли, а затем плотно упаковали их центрифугой. В итоге за минуты формируется крупный тканеподобный материал.
Процесс простой и не требует сложного оборудования, поэтому его можно воспроизвести практически в любой лаборатории.
Где это можно применить
Материал гибкий и легко настраивается под разные задачи. Поскольку он биосовместим и хорошо имитирует настоящие ткани, его можно использовать как каркас для выращивания новых тканей или органов.
Гибкость и способность реагировать на внешние воздействия делают его отличной основой для мягких роботов — машин, которые двигаются и адаптируются почти как живые существа. Такие роботы могут пригодиться в хирургии, спасательных операциях или работе в опасных средах, куда обычная техника не доберётся.
Добавив определённые белки, учёные научили материал проводить ионные токи, подобно нервной ткани. Это открывает путь к вычислительным системам, вдохновлённым работой мозга.
Ещё одно важное направление — очистка воды. С помощью специального белка материал научился отделять ионы аммония от других веществ в сточных водах, в том числе в воде, образующейся при добыче нефти и газа. Такой подход может помочь извлекать и повторно использовать критически важные минералы и питательные вещества.
Простота и масштабируемость
«Эта технология предлагает простой и масштабируемый процесс с огромным количеством применений. Её можно реализовать в любой лаборатории, потому что требуется только базовое оборудование», — отметила Аида Фика.
Работа опубликована в журнале Nature Materials. Исследователи приглашают коллег пробовать метод и готовы поддерживать всех, кто захочет развивать это направление.
Новый материал показывает, как относительно простая идея — плотная упаковка капель с мембранами — может дать сразу несколько практических инструментов: для медицины, робототехники и рационального использования ресурсов.
