Оригами из гидрогелей

Израильские ученые разработали эластичные полимерные листы, которые могут принимать заранее запрограммированную 3D-форму при отклике на определенные события.

Листочки миллиметровой толщины из гидрогелей, разработанные Йаелом Кляйном (Yael Klein) из Университета Иерусалима автоматически сворачиваются в структуры, подобные цветам, при нагревании и расправляются до полностью плоского состояния при охлаждении водой.

Новые листки могут быть запрограммированы сворачиваться в любую препрограммированную форму: куполообразную, трубообразную и сомбрероподобную структуру.

Различные структуры гидрогелей, зависящие от условий. (по материалам Science)

Контролируемое сворачивание происходит благодаря тому, что полимерные листы созданы из сшитого эластичного гидрогеля, состоящего главным образом из N-изопропилакриламида (NIPA), который сокращается при дегидратации при температуре выше 33 градусов Цельсия. Гели разбавленного NIPA сокращаются в большей степени, так как они содержат большее количество воды, гели с высокой концентрацией NIPA сжимаются в гораздо меньшей степени. Группа Кляйна использовала эту закономерность, изменяя концентрацию NIPA по объему всего материала. Таким образом был создан тонкий листок, который при нагревании сжимается в большей степени в одних фрагментах и в меньшей степени – в других. Благодаря варьированию уровней напряжения гель деформируется, принимая желаемую форму.

Обнаруженное исследователями искривление может быть предсказано математически, благодаря тому, что незначительная толщина листа стимулирует его сворачивание в третье измерение. На основании заданной трехмерной структуры исследователи могут предсказать градиент концентрации, необходимый для сворачивания сшитого полимера при нагревании и запрограммировать автоматическую систему подачи вещества для формирования гидрогеля.

Источник: Science, 2007, 315, 1116

www.chemport.ru