Инженеры разработали легкую клейкую пленку, которая может быть использована при создании пластыря для подвижных частей тела – например, для колена или локтя. Тесты показали, что она удерживается на коже даже после 100 сгибаний. В основе изобретения лежит техника киригами – искусство складывания фигур из одного листа бумаги, в котором, в отличие от оригами, разрешается делать надрезы и разрезы.
Как правило, пластыри, которые крепятся на сгибы рук или ног, довольно быстро отклеиваются, так как подвергаются частым деформациям. С одной стороны, проблему можно решить, сделав материал более тонким, податливым и клейким, однако это может негативно сказаться на его качестве в целом. Поэтому исследователи предложили альтернативное решение: использование техники киригами, которая позволяет улучшить способность к прилипанию без изменения остальных свойств материала.
Cначала исследователи под руководством Жуйкэ Чжао из Массачусетского технологического института изучили, как прорези в пленке влияют на ее липкость. Для этого они залили жидкий эластомер в напечатанные на 3D принтере формы с небольшими углублениями. Это позволило инженерам в конечном итоге получить резиновую пленку, которая была покрыта отверстиями. После они нанесли на нее клей, прикрепили к полимерной поверхности и провели тестирование. Ученые измеряли, насколько сильно может растянуться пленка перед тем, как начнет отслаиваться от поверхности. В результате команда Чжао заметила, что скорость высвобождения энергии в материале неоднородна: когда исследователи тянули его в разные стороны, то отслаивалась в первую очередь середина, а края оставались надежно приклеенными.
Благодаря этим экспериментам инженеры определили, что материал липким делают три основных фактора: сдвиговое запаздывание, при котором деформация одной части пленки уменьшает деформацию другой части; частичное нарушение адгезии, когда отдельные сегменты вокруг раскрытого отверстия сохраняют частичное сцепление с поверхностью; неоднородная деформация, при которой пленка может оставаться приклеенной, даже когда одни фрагменты поверхности, на которую она помещена, изгибаются и растягиваются больше, чем другие. Чжао отмечает, что другие исследователи могут брать для своих проектов полученные его командой результаты и находить оптимальный баланс трех параметров и наилучшие варианты разрезов в зависимости от применения.
После теоретических испытаний инженеры перешли к практике. Чтобы продемонстрировать возможности разработки, исследователи создали на основе киригами пластырь, электрогрелку и носимое устройство. Испытания пластыря показали, что он может оставаться на колене даже после того, как доброволец согнул ногу 100 раз, а киригами-грелка при использовании 3-вольтового источника питания смогла поддерживать постоянную температуру 37 градусов Цельсия. В носимом электронном устройстве использовались электропроводные чернила и светодиоды. Ученые прикрепили его к локтю добровольца и подали ток: испытание показало, что диоды работают даже при согнутой руке.
Чжао и ее коллеги запатентовали технологию и уже сотрудничают с крупной китайской медицинской компанией, которая в настоящее время планирует создать аптечки с киригами-пластырями. В будущем инженеры планируют заменить эластомер гелем и продолжить эксперименты. (nanonewsnet/Химия Украины и мира)