Разработан жесткий и чрезвычайно эластичный гидрогель

Источник: onionlive.com

Гидрогели — сравнительно молодой класс материалов, основным компонентом которых является вода. Чаще всего гидрогель представляет собой комбинацию двух слабых «студней», образующих нечто более прочное. Основное преимущество гидрогелей — высокая биологическая совместимость, позволяющая использовать их в медицине и тканевой инженерии. В частности, они могли бы применяться для восстановления хрящевых тканей и межпозвоночных дисков. Но в этом случае гидрогели должны демонстрировать исключительную устойчивость к деформациям растяжения и сжатия. Материал, созданный учеными Гарвардского Университета (США), отвечает этим условиям. Его можно растягивать в 21 раз от изначальной длины, и он не порвется. Даже если вырезать в середине образца гидрогеля большое отверстие, его можно растянуть в 17 раз. Кроме этого, материал обладает поразительной способностью к самовосстановлению.

Команда специалистов доктора Джон-Юн Сана создала гидрогель из двух общеизвестных полимеров — полиакриламида и альгината. Первый является материалом для производства мягких контактных линз, а второй представляет собой экстракт водорослей и используется как загуститель в пищевой промышленности. По отдельности эти гели очень слабы, к примеру, альгинат можно растянуть только в 1,2 раза от первоначальной длины. Но комбинация полимеров в соотношении 8 к 1 образует сложную сеть сшитых цепей, усиливающих друг друга. Химическая структура этой сети позволяет растаскивать молекулы на большое расстояние друг от друга, без разрыва геля. Альгинатная часть состоит из полимерных цепей, образующих друг с другом слабые ионные связи и захватывающих ионы кальция (они предварительно добавляются к воде).

Когда гель растягивается, некоторые из этих связей разрушаются, и ионы кальция выходят наружу. При этом сами полимерные цепи остаются нетронутыми. Полиакриламидные же цепи образуют очень прочные ковалентные связи с альгинатными цепями, формируя сетчатую структуру. Если в гидрогеле появляются крошечные трещинки, полиакриламидная сетка распределяет усилие растяжения на большую площадь, разрывая ионные связи альгината тут и там. В случае, если гидрогель имеет некоторое время на восстановление, ионные связи между цепями альгината и ионами кальция образуются снова. Этот процесс может быть ускорен путем повышения температуры окружающей среды. Исследователи полагают, что их разработка может использоваться не только в медицине, но и в робототехнике — для создания искусственных мышц. А также в любых других приложениях, где требуются материалы с высокой прочностью и эластичностью.

Рисунок: physorg.com