Создан новый особо прочный гидрогель

Автор:

31 октября 2014 13:43

459

Японские ученые создали достаточно прочный гидрогель, из которого можно будет создавать искусственные мышцы, накопители жидкости, средства доставки лекарств, а также множество других полезных вещей. Уникальные свойства данному гидрогелю придают особенные скользящие петли в его структуре. В опубликованном в Nature Communications новом научном исследовании ученые из Университета Нагоя и Токийского университета рассказывают о свойствах созданного ими гидрогеля, который в состоянии эффективно впитывать воду, а также хорошо растягиваться и сопротивляться разрезанию ножом. Сообщается, что такая разработка обладает большим практическим потенциалом, так как гидрогель уже давно стал одним из самых перспективных материалов в области биотехнологий, робототехники и аэрокосмической отрасли.

Гидрогели — это особые гелевые материалы, твердые частицы которых равномерным образом распределяются в объеме воды. Такие материалы обладают рядом довольно интересных свойств, к примеру, на их основе учеными были созданы материалы, которые в состоянии восстанавливать свою структуру после незначительного разрушения. При этом работы по созданию новых гидрогелей ведутся непрерывно. Некоторые их виды обладают невероятной эластичностью, их очень трудно, практически невозможно, повредить путем механического воздействия.

Эластичность — это общая черта почти для всех гидрогелей. Именно данное свойство гидрогеля обуславливает его широкое использование в качестве материала для создания контактных линз и разнообразных систем доставки лекарственных препаратов. Наиболее прочные виды гидрогелей применяются в медицине для создания искусственных сухожилий и хрящей, а также изготовления заготовок для последующего выращивания на них искусственных органов. С точки зрения современной медицины гидрогели представляют очень большой интерес.

К большому сожалению, за несколько десятилетий исследований гидрогелей их перспективность по-прежнему лежит в рамках лабораторных исследований. В перспективе такие полимеры, насыщенные водой, смогут использоваться для транспортировки лекарств, каркасов для живых клеток, накопителей жидкостей и газов и т.д. Но на данный момент времени наиболее ценные лабораторные образцы все еще не прошли процесс коммерциализации, не обладая достаточной прочностью. Лишь некоторые гидрогели (их число невелико) уже внедрены в промышленное производство, к примеру, в процесс производства электродов для физиотерапевтических приборов.

Все перечисленные свойства гидрогелей привели к тому, что у биоинженеров появилась идея использовать гидрогели и для производства средств контрацепции. Работы в этом направлении ведутся в Австралии. Любой гидрогель — это эластичный и очень прочный материал, которые на ощупь напоминает ткани человеческого тела. Гидрогель не рвется, он биологически безопасен для человеческого организма и, естественно, защищает от нежелательной беременности и инфекций, передающихся половым путем. К тому же исследователи убеждены, что данный материал понравится пользователям гораздо сильнее, чем традиционный латекс. При этом специалисты считают, что когда подобное изобретение появится на мировом рынке, мужчины начнут гораздо чаще использовать презервативы во время секса. Так что у перспективного материала есть и такое достаточно простое и прозаическое применение, хотя его возможности, безусловно, куда более широки.

Возвращаясь к японским ученым, можно отметить, что специалисты из Университета Нагоя и Токийского университета впервые создали гидрогель такой прочности, который в состоянии выдержать воздействие на него ножа и в состоянии множество раз растягиваться. В основе представленного ими материала лежит обычный гидрогель, который используется для производства электродов.

Созданный ими новый гидрогель обладает особой структурой: молекулы пропионовой кислоты в состоянии скользить через отверстия в форме цифры 8, которые образованы «швами» на стыке полимеров. Такие швы играют роль своеобразных шкивов, которые в состоянии минимизировать нагрузку на полимерную сеть. Благодаря этому, созданный гидрогель в состоянии выдержать растяжение, сжатие и даже надавливание на него достаточно острым предметом. Помимо этого, он в состоянии поглощать огромные объемы воды, становясь при этом в 620 раз тяжелее. Такое свойство может пригодиться, к примеру, для накопления жидкости в засушливых регионах планеты или для формирования питательной среды при культивировании живых клеток.

Однако главное преимущество нового гидрогеля заключается в том, что с помощью регулирования рН-фактора можно управлять его реакцией на температуру, заставляя его сжиматься сильнее или наоборот слабее при определенной температуре окружающей среды. Благодаря этому, гидрогель может использоваться при создании искусственных мышц. Также он может пригодиться в протезах, экзоскелетах и роботах. Это наиболее совершенный вариант: прозрачный, нетравматичный и дешевый. Разработчики данного гидрогеля уверены в том, что их изобретение в ближайшем будущем найдет широкое применение в различных областях науки и техники.

Помимо этого, гидрогель может использоваться для заживления ожоговых ран. Соответствующие исследования проводят ученые из Сингапура. Созданная ими мазь действует по принципу строительных лесов, помогая коже больного быстрее восстановиться после травмы и уменьшая риск возможного заражения. Специалисты считают, что такой гель может изменить способ заживления ожогов и ран.

Шарлот Хаузер — научный исследователь института биоинженерии и нанотехнологий отмечает, что гидрогель, состоящий из пептидов — небольших цепочек аминокислот — в трехмерном виде напоминает рыболовную сеть. Его волокна при соприкосновении с поврежденной ожогом кожей пациента создают все условия для хорошей регенерации клеток. Проведенные в лабораториях испытания показывают, что с помощью гидрогеля ожоги полностью заживают всего за две недели, в то время как при их лечении только силиконовой повязкой процесс восстановления за тот же период времени охватывает только 63% поврежденных тканей.

Источник:

Ссылки по теме: