Ljudska koža ima unikatna svojstva koja je teško replicirati, ona kombinuje čvrstoću i fleksibilnost te ima mogućnost da se regeneriše u roku od 24 sata nakon povrede. Umjetno sintetizirani gelovi uspijevaju postići jedno ili drugo, no naučnici s Univerziteta Aalto i Bayreuth su savladali ta ograničenja.
Velika prekretnica u nauci materijala je postignuta nakon što je razvijen samoiscjeljujući, fleksibilni i snažni hidrogel, a to otvara prostor za nove mogućnosti u oblastima zacjeljivanja rana, meke robotike, umjetne kože i isporuke lijekova.
Kako bi postigli ove karakteristike u krutom gelu, istraživači su koristili ultra tanke glinene nanoslojeve. Ovi listovi su kreirali gusto isprepletenu mrežu polimera, koji su ojačali hidrogelove i spriječili ih da budu premekani. Također, povećali su mogućnost gela da se sam popravlja.
Istraživači su pomiješali prah monomera s vodom, koja sadrži nanoslojeve. Smjesa je zatim stavljena pod UV lampu.
“UV zračenje lampe uzrokuje da se pojedinačne molekule vežu zajedno, tako da sve postaje elastična čvrsta masa, odnosno gel”, objasnio je Chen Liang, jedan od autora istraživanja.
Inovacija se u velikoj mjeri oslanja na naknadne interakcije polimera.
“Vezivanje znači da se tanki slojevi polimera počinju uvijati jedan oko drugog poput sitnih vunenih niti, ali u nasumičnom redoslijedu. Kada su polimeri potpuno upleteni, ne mogu se razlikovati jedan od drugog. Veoma su dinamični i pokretni na molekularnom nivu, a kada ih presiječete, oni se ponovo počnu preplitati”, rekao je Hang Zhang s Univerziteta Aalto.
Proces zacjeljivanja je nevjerovatno brz. Hidrogel se regeneriše 80 do 90 posto u prva četiri sata nakon rezanja, odnosno u potpunosti za 24 sata. On sadrži oko 10.000 slojeva nanoslojeva u uzorku debljine jedan milimetar, što mu omogućava da postigne krutost sličnu ljudskoj koži, a istovremeno se može razvlačiti.
“Ovaj rad je uzbudljiv primjer kako nas biološki materijali inspirišu da tragamo za novim kombinacijama mogućnosti za sintetičke materijale. Zamislite robote s robusnom kožom koja se samoiscjeljuje ili sintetičko tkivo koje se autonomno popravlja. To je vrsta fundamentalnog otkrića koje bi moglo promijeniti pravila dizajna materijala”, kazao je Olli Ikkala s Univerziteta Aalto.
Nakon dodatnog istraživanja i razvoja u komercijalne svrhe, samozacjeljujuća sintetička tkiva, fleksibilni roboti sa zaštitnim vanjskim slojevima i medicinski materijali koji mogu autonomno popraviti oštećenja, mogli bi imati koristi od ove studije,
“Kruti, snažni i samozacjeljivi hidrogelovi dugo su bili izazov. Otkrili smo mehanizam za jačanje konvencionalno mekih hidrogelova. To bi moglo unijeti revoluciju u razvoj novih materijala s bio-inspirisanim svojstvima”, zaključio je Zhang.
(Agencije)