Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Hojenie rán

.časopis .veda

Keď si oškrieme koleno, tak najprv zahrešíme, potom si prípadne ranu ošetríme a neskôr už len čakáme, kým sa to samo zahojí. Keď si oškrieme blatník, tak tiež najprv zahrešíme, ale ďalej to už prebieha inak. Pretože máloktorý lak sa sám zahojí.

Hojenie je čosi, čo sa nám automaticky spája so živými tkanivami. Predstava hojacich sa umelých materiálov – či už organických, alebo anorganických – patrí zrejme podľa väčšiny z nás do oblasti science-finction. A to oveľa viac do fiction než do science. V skutočnosti je to však naopak – súčasná veda sa vo veľkom venuje výskumu a vývoju materiálov, ktoré sú schopné hojiť si drobné poranenia.
V rámci tohto výskumu sa prišlo na to, že niektoré samohojace sa materiály používajú ľudia už dlho, hoci bez toho, že by o tom vedeli. Typickým príkladom je malta používaná v rímskych stavbách. Akvadukty, Koloseum alebo Panteón stoja už dve tisícročia a malta v nich sa nijako významne nerozrušuje. V roku 2004 prišla skupina španielskych chemikov na to, že táto malta sa v skutočnosti rozrušuje – že v nej vznikajú drobné trhlinky, ktoré sa však dokážu zahojiť.
Do trhliniek sa totiž dostáva vzduch, ktorý obsahuje vodné pary aj oxid uhličitý. V dôsledku chemickej reakcie s vodnými parami sa uvoľňuje časť materiálu zo stien mikrotrhlín a postupne zapĺňa priestor trhliny, kde v dôsledku ďalšej reakcie s oxidom uhličitým znova tvrdne. Vďaka špecifickému chemickému zloženiu je rímska malta schopná takýmto spôsobom hojiť si drobné ranky a tým výrazne zvyšovať svoju životnosť. Ale v porovnaní s našou schopnosťou hojenia rán je to iba taká drobnosť.

.ako to robíme my
Hojenie rán je veľmi komplexný a sofistikovaný proces, ale základný princíp je pomerne jednoduchý. V dôsledku poranenia sa dostanú do styku látky prítomné v krvi a v tkanivách, ktoré za normálnych okolností v styku nie sú a ktoré spolu reagujú tak, že to vedie k postupnému zahojeniu rany. Skúsme si teraz veľmi hrubo opísať jednu fázu tohto procesu.
Krv sa dostane do rany preto, že poranenie tkaniva znamená automaticky aj porušenie ciev. Krv obsahuje, okrem iného, dve látky, ktoré sú pre hojenie úplne kľúčové. Volajú sa fibrinogén a protrombín. Okrem týchto dvoch látok je nemenej dôležitá aj tretia látka, takzvaná trombokináza. Táto látka sa v krvi nenachádza (čo je fajn, lebo inak by sa nám krv zrážala priamo v cievach), ale obsahujú ju všetky tkanivá a pri ich porušení sa táto látka automaticky dostáva do rany. Tam, v kontakte s vyliatou krvou, spustí prvú fázu hojenia.
Protrombín sa totiž v prítomnosti trombokinázy zmení na trombín a fibrinogén sa v prítomnosti tohto trombínu mení na fibrín. No a molekuly fibrínu majú tvar dlhých vlákien, ktoré vytvárajú hustú sieť a vypĺňajú ňou ranu.
To, samozrejme, nie je všetko. Niekto musí zabezpečiť, aby sa cievy uzavreli a nijaká ďalšia krv už do rany neprúdila. Niekto iný musí zapezpečiť, aby krvnú zrazeninu tvorenú fibrínovou sieťou postupne nahradilo nové tkanivo. Z hľadiska výroby samohojacich sa materiálov by nám však pre začiatok úplne stačilo, keby sme dokázali napodobiť aspoň tú prvú fázu vypĺňania rany, respektíve trhliny nejakou látkou. A ak by táto výplň mala vlastnosti, ktoré by napomáhali celkovú funkčnosť materiálu, mohli by sme byť takmer úplne spokojní.

.ako to robia polyméry
Inšpirovaní hojením rán začali ľudia vyvíjať množstvo materiálov so samohojacou schopnosťou. Za prelomový sa v tejto oblasti považuje článok tímu University of Illinois vedeného Scottom Whitom (White et al, Nature 409, 2001) o príprave epoxidových polymérov s takouto zdanlivo zázračnou vlastnosťou.
Namiesto ciev použili malé kapsuly, ktoré boli rovnomerne rozložené v celom objeme polyméru. Tieto kapuly obsahovali monomér, ktorý bol pri styku s vhodným katalyzátorom schopný polymerizácie. Katalyzátor sa nenachádzal v kapsuliach, ale nachádzal sa všade naokolo. Aj on bol rovnomerne rozptýlený v celom objeme, jeho styku s monomérom však bránili steny kapsúl.
Pri vzniku trhliny v epoxide, obsahujúcom kapsuly, sa v inkriminovanej oblasti porušia (roztrhnú) aj kapsuly, a ich obsah (ktorý je v tekutom stave) sa vyleje do trhliny. Na stenách trhliny sa tento obsah, t. j. tekutý monomér, dostane do kontaktu s katalyzátorom a začne polymerizovať, čím trhlinu vyplní. A je to vybavené.
Mechanické vlastnosti výplne síce nedosahovali stopercentnú úroveň pôvodného materiálu, ale aj tých 75 percent, ktoré dosahovali s prehľadom, bolo obrovským úspechom. Navyše bolo hneď od začiatku jasné, že podobná metóda sa bude dať použiť v mnohých iných materiáloch. Kapsuly je pritom možné vypĺňať rôznymi látkami, v závislosti od toho, čo chceme takýmto „hojením“ dosiahnuť.
Pred dvoma rokmi prišiel napríklad Scott White a Paul Brown s kapsulami obsahujúcimi látku, ktorá sa pri styku s katalyzátorom mení na silikónovú hmotu. Primiešaním týchto kapsúl spolu s kapsulami obsahujúcimi príslušný katalyzátor do mnohých bežne používaných lakov získajú tieto laky schopnosť zaceliť drobné škrabance. Ak sú tieto laky nanesené na kovový povrch, zahojené škrabance signifikatne znižujú koróziu kovu pod lakom.
Minulý rok predstavil Paul Brown ďalšiu zaujímavú variáciu na túto tému. Tentoraz išlo o kapsuly vyplnené uhlíkovými nanotrubicami. Tieto kapsuly sa môžu pridať do elektronických súčiastok na mechanicky namáhané miesta, kde hrozí vznik trhlín a v jeho dôsledku prerušenie elektrických spojov. Vodivé nanotrubice môžu vyplniť trhlinu a spoj tak obnoviť.
Zdá sa, že ide o naozaj variabilnú metódu s množstvom potenciálnych aplikácií. A to ešte nie je všetko. Metóda sa totiž zrejme dá ešte podstatne vylepšiť.

.ako urobiť podobné ešte podobnejším
Nevýhodou riešenia s kapsulami je, že len čo sa kapsuly vyprázdnia, stanú sa nepoužiteľnými. Ak teda dôjde k opätovnému porušeniu materiálu na tom istom mieste, k hojeniu už nedochádza.
Živé tkanivá tento problém nemajú – celý ich objem je husto popretkávaný cievnym systémom a krv sa dostane všade, aj do poranených a následne zahojených miest. Rôzne tímy – medzi nimi aj naši známi z Illinois – sa preto snažia napodobniť aj túto vlastnosť živých tkanív a namiesto kapsúl používajú v novej generácii samohojivých materiálov hustú sieť vlákien.
Liečivá látka sa nachádza v tekutom stave vo všetkých týchto navzájom poprepájaných vláknach, ale vyleje sa len na tom mieste, kde je vlákno porušené. Tam príde k jej polymerizácii alebo inej reakcii a tým sa zacelí aj vlákno. Tekutina vo vlákne sa doplní z tých častí siete, ktoré narušené neboli. A sme pripravení na opätovné hojenie.
Tak veru. Máme sa od tej prírody ešte čo učiť. A učíme sa.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.neprehliadnite