Новое о физике полимеров кожи

Всем прекрасно известно, что если долго находиться в воде, то кожа становится морщинистой. Во многом это объясняется тем фактом, что кожа хорошо впитывает влагу. Однако, также всем давно известно, что если долго не стричь волосы, то они станут гораздо длинее. А уж если за ними не следить, то волосы начнут сечься. Это объясняет особым строением клеток волос. Ученые в своих исследованиях пришли к выводу, что такая адсорбционная способность кожи возможно связана с особой упаковкой нитей белка в клетках кожи. Это предположение существовала несколько лет, а в своей последней работе немецкие ученые из создали термодинамическую модель, изображающую полный процесс гидратации с расширением кожи. Выяснилось, что данный обратимый процесс происходит из-за баланса, возникающего между расширением нитей и сжатием, напоминающем пружины. Это сжатие и обнаружили ученые, что полностью изменило представление об этом процессе. Созданная исследователями модель согласуется с данными эксперимента полностью. Как считают сами ученые, результаты их работы могут помочь лучше понять, каким образом работают заболевания кожи. Помимо этого, знание о свойствах кожи даст возможность в перспективе разработать новые гигроскопичные материалы.

Кожа обладает способностью впитывать воду, увеличиваясь в объеме. Затем она высыхает, причем без побочных эффектов. Такое свойство выполняет ряд функций, главная из которых - регулирование гидратационного уровня в теле. Процессы распухания и поглощения влаги происходят в слое, состоящем из мертвых клеток - корнеоцитов. Эти клетки состоят из сети жестких нитей, которые представляют собой определенные формы белка кератина. В 2011 году австралийские ученые сформировали геометрическую модель, повторяющую структуру таких нитей. Каждая нить в данной модели была длинной спиралью. Когда нити проникали друг в друга, они формировали трехмерную упорядоченную решетку. Когда спирали растягивались, структура могла увеличивать объем, не теряя при этом упаковку, в пять раз.

Ученые из Германии в последней своей работе старались показать, каким образом структура помогает набухать и сокращаться клеткам, с помощью полной термодинамической модели.

Как оказалось, структура действительно поглощает воду и расширяется. Но есть и другие процессы, обращающие вспять системное расширение. Напряжение, которое возникает в растянутом состоянии, обеспечивает силу противодействия. Причем, чем сильнее нить растянута – тем и упругая энергия больше.

Вывод ученые сделали такой - геометрия кератиновых нитей очень важна в процессе влияния воды на кожу. Также исследователи определили, что расширение кожи происходит на 11 – 38 процентов.

Полученная информация важна для понимания процессов кожных заболеваний. С ее помощью возможно будет разработать новые, более эффективные методы лечения кожных заболеваний.