Подпишись

Колебательные полимеры

Искусственный полимер можно заставить периодически расширяться и сокращаться с помощью автоколебательной химической реакции.

     Колебательные полимеры

Искусственный полимер можно заставить периодически расширяться и сокращаться с помощью автоколебательной химической реакции.

Японский исследователь Такахиро Ямагучи из Института исследования наносистем при токийском Национальном институте технических наук (Nanosystem Research Institute National Institute of Advanced Industrial Science and Technology - AIST) разработал биополимерный материал, который способен ритмично сокращаться за счет протекающих в нем автоколебательных химических реакций. Главная особенность таких реакций в циклическом изменении параметров: например, с течением времени цвет раствора может становиться периодически то синим, то красным. Точно так же могут меняться температура, концентрация веществ и т. д.

Первая реакция такого рода была открыта в 1951 году советским биохимиком Борисом Белоусовым, наблюдавшим циклическое изменение окраски при окислении лимонной кислоты броматом калия, с ионами церия в качестве катализатора реакции. Ионы церия периодически окислялись и восстанавливались, из-за чего реакционная смесь меняла цвет. Механизм процесса и его математическая модель спустя десять лет были описаны Анатолием Жаботинским.

Впоследствии были найдены и другие реакции, чьи параметры периодически менялись из-за собственных, внутренних процессов химической системы. Все они объединяются под общим названием реакции Белоусова-Жаботинского. Химические автоколебательные процессы стали одним из самых популярных объектов исследования: с их помощью можно было изучать поведение сложных колебательных процессов, которые можно найти и в химии, и в физике, и в биологии. Результаты Такахиро Ямагучи – пример того, как химические автоколебания можно приспособить для решения не только фундаментальных, но и практических задач.

Когда мы говорим о ритмических сокращениях, в первую очередь на ум приходят мышцы, однако в этом случае полимерная система сокращается совсем не так, как мышечная ткань. Биополимер сначала равномерно расширяется во все стороны, а затем равномерно сжимается, никакого предпочтения в направлении сокращения, как у мышечных клеток, тут нет. Один цикл занимает несколько секунд, а общая продолжительность сокращений может достигать нескольких суток. «Мотором» служит химический процесс из класса реакций Белоусова-Жаботинского, только в данном случае вследствие реакции вместо изменений цвета или температуры происходят сжимания и расширения материала.

Японский ученый подчеркнул, что основа нового материала и используемые реактивы нетоксичны, а это значит, что такой автоколебательный полимер можно использовать в медицине. Он предполагает, что разработка окажется полезной для разработки микроскопических устройств, так называемых lab-on-chip (микросхемы полного анализа – микроприборы, которые позволяют осуществить один или несколько биохимических процессов на одном чипе площадью несколько квадратных миллиметров). Таким образом, химический процесс, долгое время бывший «досужей забавой» юных химиков (реакция Белоусова-Жаботинского – часто встречающаяся тема на химических олимпиадах и турнирах школьников), может получить реальное практическое применение.

О своей разработке Ямагучи доложил на крупной международной конференции ICENET-2014: «Неустойчивости в возбудимых сетях и возможности управления ими», которая была проведена в МФТИ 28-30 мая 2014 года и была посвящена биофизике сердечной мышцы и других возбудимых тканей.

Источник: https://econet.ru/

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Комментарии (Всего: 0)

    Добавить комментарий

    Не бойтесь кого—то потерять. Вы не потеряете того, кто нужен Вам по жизни. Теряются те, кто послан вам для опыта. Остаются те, кто послан Вам судьбой. Фридрих Ницше
    Что-то интересное