Дослідники з Університету Аалто та Університету Байройта розробили унікальний гідрогель, який поєднує міцність, гнучкість і здатність до самовідновлення, імітуючи властивості людської шкіри. Цей інноваційний матеріал відновлюється на 90% протягом чотирьох годин після пошкодження і повністю загоюється за 24 години, відкриваючи нові можливості в галузі загоєння ран, м’якої робототехніки та доставки ліків.
Новий гідрогель поєднує властивості, які раніше вважались несумісними в синтетичних матеріалах. Досягнення таких характеристик стало можливим завдяки використанню надтонких глиняних нанолистів, які створюють щільну переплетену мережу полімерів. Ця структура запобігає надмірному пом’якшенню гідрогелю і водночас підвищує його здатність до самовідновлення.
Інноваційний процес створення надміцного гелю
Команда науковців розробила унікальний метод виготовлення гідрогелю. Спочатку дослідники змішали порошок мономерів з водою, що містить нанолисти. Потім суміш помістили під ультрафіолетову лампу для полімеризації.
“Ультрафіолетове випромінювання лампи змушує окремі молекули зв’язуватися між собою так, що все перетворюється на еластичну тверду речовину – гель”, — пояснює Чен Лян, один з авторів дослідження. Особливість цього гідрогелю полягає в його молекулярній структурі.
Ключем до успіху стала особлива взаємодія полімерів у гелі. “Переплетення означає, що тонкі полімерні шари починають скручуватися один навколо одного, як крихітні вовняні нитки, але у випадковому порядку”, — додає Ханг Чжан з Університету Аалто. Коли полімери повністю переплетені, їх неможливо відрізнити один від одного.
Вражаюча здатність до самовідновлення
Процес загоєння гідрогелю відбувається з дивовижною швидкістю. Матеріал відновлюється на 80-90% протягом перших чотирьох годин після порізу. Повне відновлення досягається через двадцять чотири години без будь-якого зовнішнього втручання.
Унікальні властивості гелю забезпечуються завдяки приблизно 10 000 шарів нанолистів у зразку товщиною один міліметр. Це дозволяє матеріалу досягти жорсткості, подібної до людської шкіри, зберігаючи при цьому здатність розтягуватися.
Полімери в структурі гелю надзвичайно динамічні та рухливі на молекулярному рівні. Коли гель розрізають, полімери знову починають переплітатися, що забезпечує самовідновлення. Така поведінка нагадує природні процеси загоєння в живих тканинах.
Перспективи практичного застосування
Потенційні застосування цього інноваційного матеріалу охоплюють різні галузі. Медичні матеріали для загоєння ран, штучна шкіра, м’яка робототехніка та системи доставки ліків можуть отримати значні переваги від цього відкриття.
Дослідження, опубліковане в журналі Nature Materials, знаменує важливу віху в матеріалознавстві. Після подальших розробок цей гідрогель може стати основою для нового покоління біонатхненних матеріалів з унікальними властивостями.