Американські хіміки створили полімер, порівнянний за міцністю, еластичністю і довговічністю зі справжніми сухожиллями. Для цього вони спочатку заморозили розчин полівінілового спирту, а потім помістили його в сольовий розчин. У підсумку вийшла пориста структура схожа на бджолині соти, механічні характеристики якої сильно перевершують вже відомі аналоги, а зміна початкових умов дозволяє налаштовувати властивості підсумкового матеріалу. У майбутньому такі матеріали можна буде використовувати як штучні сухожилля і сполучну тканину, йдеться в статті, опублікованій в.
У природі сполучні тканини і сухожилля виявляють величезну міцність і стійкість навіть якщо проходять більше мільйона циклів деформації на рік. Для створення матеріалів, подібних до сполучних тканин, існує безліч підходів. Серед них подвійне крос-сполучення (містки між полімерними ланцюгами), створення самоорганізованих полімерів і полімерів з нанокристалічними доменами. Ці підходи зосереджені на властивостях самих молекул.
Крім них робляться спроби надати вже відомим полімерам потрібні структурні і механічні властивості. Для цього використовують лиття з виморожуванням, механічне розтягнення, створення композитних полімерів і так далі. Але поки штучні матеріали не можуть зрівнятися з природними сполучними тканинами ні за міцністю, ні за довговічністю.
Група вчених під керівництвом Сіманя Хе (Ximin He) з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі розробила пористий матеріал з полівінілового спирту, який поєднує в собі механічні властивості, властиві природним полімерам. Для цього вони заморозили розчин полівінілового спирту, після чого занурили в розчин космотропного електроліту - цитрата натрію. Останній сприяє виникненню і стабілізації водневих зв'язків між полімером і молекулами води. Завдяки цьому полімерні ланцюги упаковуються більш щільно.
В результаті вийшла пориста структура, подібна бджолиним сотам: полімерні ланцюги вишикувалися паралельно один одному, утворюючи тонкі тунелі з водою. Автори провели експерименти порівняння, виростивши полімери тільки виморожуванням або тільки висалюванням. Отримані таким чином полімери сильно поступилися за механічними властивостями еталонним зразкам. Виявилося, що полімери отримані виморожуванням без висалювання утворюють структуру бджолиних сот, але вона не виходить пористою. А висалювання без виморожування взагалі призводить до безладної структури гелю, не утворюючи ні пористості, ні потрібної структури.
Отриманий матеріал має яскраво виражені анізотропні властивості: він має дуже високу жорсткість у напрямку, паралельному полімерним ланцюгам. Вона склала 175 9 мегаджоулів на кубічний метр. Описані до цього полімери такого типу мають жорсткість близько 40 мегаджоулів на кубічний метр і нижче. Максимальне розтягнення отриманого матеріалу склало рекордні 2900 відсотків від початкової довжини, тоді як у попередніх роботах це значення становило максимум 800 відсотків. Причому при розтягненні отриманого авторами матеріалу не спостерігається появи або збільшення розривів і тріщин, навіть заздалегідь зроблені надрізи не поширюються далі в структуру матеріалу.
Варіювання початкової концентрації полівінілового спирту дозволяє отримувати матеріали різної міцності та розтяжливості. Так, при концентраціях спирту 2, 5, 10, 20 відсотків, виходять зразки з межами міцності 23,5-2,7, 16,1-1,8 і 11,5-1,4 мегапаскалів відповідно. А розтяжливість при цьому становить 1400 200, 1800 330 і 2900 450 відсотків. При цьому для найжорсткішого зразка, межа втоми склала 10,5 1,3 кілоджоуля на квадратний метр, що перевищує межі інших аналогів мінімум у вісім разів. Автори провели понад 30000 циклів розтягнення стиснення і не побачили ні появи нових розривів, ні збільшення вже існуючих. Згідно з раніше проведеними дослідженнями на людях, навантаження на сухожилля гомілки може становити до 25,0 ^ 2,5 мегапаскалів.
Природні сполучні тканини, з яких складаються сухожилля, мають унікальні механічні властивості, які досі не вдалося повторити в штучних матеріалах. Але якщо використовувати живі клітини, то суглобам теж іноді вдається надати додаткові переваги. Наприклад, нещодавно біологи створили тканину, яка сама виробляє протизапальну речовину для лікування остеоартриту.