. Дубна: 6 oC
Дата 29.03.2024
rss telegram vk ok
Иллюстрация cell.com.

Пара исследователей из Университета Иллинойса в Урбан-Шампейн разработала искусственный материал, использующий способ впитывания воды, как у растений.

В своей статье, опубликованной в журнале CellPress Matter, Амрита Катарука и Шелби Хатченс описывают изобретенный ими синтетический аналог растительной ткани и его возможные применения.

Как отмечают ученые, растения, несмотря на отсутствие мышечной ткани, способны выталкивать жидкости с уровня земли вверх через стебли или стволы, а оттуда – в ветви или веточки, чтобы обеспечить водой и питанием цветы и листья. Такая способность обусловлена ​​осмосом – самопроизвольным переносом воды через полупроницаемые мембраны тканей растений.

Суть осмоса в том, что полупроницаемая мембрана, разделяющая два раствора одного и того же вещества с различными концентрациями, пропускает растворитель сквозь себя до тех пор, пока концентрации раствора по обе стороны от мембраны не сравняются. Если концентрации раствора по обе стороны мембраны равны, растворитель не проходит сквозь мембрану. То есть явление осмоса приближает систему к равновесию в результате выравнивания концентраций по обе стороны мембраны.

Вода является растворителем питательных веществ в тканях растений. Когда вода истощается верхних частях растения, там растет концентрация растворенных в воде питательных веществ, и посредством осмоса вода начинает поступать в верхние части растения через проницаемые мембраны из нижних частей растения – там воды больше, а концентрация растворенных в воде питательных веществ меньше. 

Авторы работы напоминают, что предыдущие попытки имитировать осмотическую активность растений были связаны с использованием гидрогелей. Однако такие материалы при набухании водой не размягчаются, а становятся слишком жесткими и не растягиваются.

Поэтому исследователи попробовали другой подход. Они взяли капли соленой воды диаметром в микрометр и поместили каждую из них в крошечный мешочек из полидиметилсилоксана (тип силикона), чтобы имитировать этими пакетами капель искусственную ткань растения. Стенки таких пакетов получились как проницаемыми, так и растягиваемыми. Этот искусственный аналог растительной ткани, по словам авторов исследования, работает очень похоже на живые растения. Когда их помещают в резервуар с водой, по мере набухания они достигают нужной степени жесткости и остаются в этом состоянии столько, сколько необходимо – проницаемость является односторонней. Степень проницаемости стенок клеток и концентрация соли в воде контролируют предельную прочность искусственной ткани. Осмотическое давление уравновешивается тургорным давлением (внутренним давлением в растительной клетке), которое препятствует проникновению воды в клетку. 

Исследователи предполагают, что изобретенный ими материал представляет собой совершенно новый класс водных материалов, которые демонстрируют автономное поведение. Они считают, что этот материал может использоваться в самых разных областях, начиная от мягкой робототехники (элементы с заданной жесткостью) до медицинских имплантатов, которые могут увеличивать размер и затвердевать после впитывания воды из тела.

 Читайте наш канал в Яндекс.Дзен.

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить