Zrínyi Miklós

VII. A polimergél mint mesterséges izom

Az élő szervezetben igen sok eltérő típusú, energiafelhasználással járó folyamat játszódik le. Ezek közül talán a legjelentősebbek az izomban végbemenő, mechanikai energiát eredményező folyamatok. Az izom feladatát olyan makromolekulák végzik, amelyeknek alapvető tulajdonsága a kontrakcióra való képesség.

A mindennapi életben is sokféle mesterséges energia-átalakító rendszerrel találkozunk, mivel számos útját ismerjük annak, hogyan lehet az energiát egyik formából a másikba alakítani. Meglepő azonban, hogy ezek között nincs olyan, amely a kémiai vagy fizikai- kémiai kölcsönhatások energiáját - az izomhoz hasonlóan - közvetlenül alakítaná át mechanikai energiává.

Készíthető-e szintetikus izom? Lehet-e lágy anyagból hasznos technikai-technológiai eszközöket készíteni? Ezek a kérdések egyre több kutatót foglalkoztatnak. A japán, angol, olasz és amerikai szakemberek (ezekben az országokban folyik intenzív gélkutatás) optimisták. Elképzelhetőnek tartják, hogy már a közeljövőben pótolható az emberi izom. Lágy, hangtalan motorok és pumpák (mint például a műszív) kifejlesztése már több laboratóriumban folyik nagy intenzitással. Ezeknek a titokban tartott kutatásoknak az eredményeiről meglehetősen keveset tudunk. A tudományos szakfolyóiratokban vagy az ismeretterjesztő újságokban csak részeredményekről olvashatunk.

A továbbiakban néhány olyan eredményt mutatok be, amely alátámasztja az ezen a területen dolgozó kutatók optimizmusát. Ezek mindegyike a mímelt biológiai mozgásokkal vagy az izomhoz hasonló működéssel kapcsolatos.
A polimergélek környezeti hatásokra bekövetkező jelentős mértékű térfogatváltozása akkor is bekövetkezik, ha a gélt terhelésnek vetjük alá, azaz a duzzadó gél felszínére súlyt helyezünk vagy az összehúzódó géllel tömeget mozdítunk el. A gél mindkét esetben munkát végez, mégpedig úgy, hogy a környezete energiáját alakítja át mechanikai munkává. Ha a környezeti hatás kémiai természetű, akkor az energia hasznosításának az izomra jellemző módja valósul meg. Ez a különleges tulajdonság már az ezerkilencszázötvenes évektől mesterséges izmok és új típusú gépek kifejlesztésére inspirálta a kutatókat. A vizsgálatok alapján egyértelművé vált, hogy reális cél a polimergélek műizomként való alkalmazása.

A polimergélek energia-átalakító képessége annak köszönhető, hogy a gél térfogata felnagyítva mutatja a gélt felépítő makromolekulák méretének változását. Ha a molekulák térszerkezetét valamilyen külső hatással befolyásoljuk, a molekuláris méretváltozás akkumulálódik, a gél alakja vagy térfogata megváltozik. E makroszkopikus változást munkavégzésre is fel lehet használni. A korai kutatásokban két rendszertípust vizsgáltak különös előszeretettel: az egyik az ún. pH-izom, a másik pedig a kollagén gélgép volt.