Unikátny gél podobný ľudskej koži sa po pár hodinách sám zahojí

Výskumný tím, ktorý viedol profesor Dr. Josef Breu z Katedry anorganických koloidov pre elektrochemické skladovanie energie na Univerzite v Bayreuthe, vyvinul hydrogél s jedinečnou štruktúrou. Prvýkrát spája silu, pružnosť a vlastnosť samostatného sceľovania. Vedci o svojich zisteniach informujú v renomovanom vedeckom časopise Nature Materials.

Hoci má ľudská koža spoločné vlastnosti s gélom, má aj jedinečné vlastnosti, ktoré je veľmi ťažké replikovať. Kombinuje vysokú tuhosť s pružnosťou a má pozoruhodné samoregeneračné schopnosti, často sa úplne zahojí do 24 hodín po poranení. Doteraz sa umelým gélom darilo buď kopírovať túto vysokú tuhosť, alebo samoregeneračné vlastnosti prirodzenej kože, ale nie oboje.

Tím výskumníkov z Univerzity Aalto a Univerzity v Bayreuthe teraz ako prvý vyvinul hydrogél, ktorý prekonáva predchádzajúce obmedzenia a otvára dvere aplikáciám, ako je podávanie liekov, hojenie rán, senzory mäkkej robotiky a umelá koža. V štúdii vedci pridali do hydrogélov, ktoré sú zvyčajne mäkké a mazľavé, výnimočne veľké a ultratenké špecifické ílové nanoobaly.

Výsledkom je vysoko usporiadaná štruktúra s husto zapletenými polymérmi medzi nanovrstvami, ktorá nielen zlepšuje mechanické vlastnosti hydrogélu, ale umožňuje aj samoregeneráciu materiálu. Tajomstvo materiálu spočíva nielen v usporiadaní nanovrstiev, ale aj v polyméroch, ktoré sú medzi nimi zapletené, a v jednoduchom procese spekania.

Postdoktorand Chen Liang zmiešal s vodou prášok z monomérov, ktorý obsahuje nanovrstvy. Zmes potom umiestnil pod UV lampu. „UV žiarenie z lampy spôsobí, že sa jednotlivé molekuly spoja, takže sa všetko zmení na pružnú pevnú látku – gél,“ vysvetľuje Liang. „Prepletenie znamená, že tenké vrstvy polyméru sa začnú navzájom skrúcať ako tenké vlnené priadze, ale v náhodnom poradí,“ dodáva Hang Zhang z Univerzity Aalto. „Keď sú polyméry úplne prepletené, sú od seba nerozoznateľné. Na molekulárnej úrovni sú veľmi dynamické a pohyblivé, a keď ich prerežete, začnú sa opäť prepletať.“

Po štyroch hodinách od prerezania nožom sa materiál už na 80 alebo 90 percent sám zregeneruje. Po 24 hodinách je zvyčajne úplne opravený. Hydrogél s hrúbkou jeden milimeter obsahuje 10 000 nanovrstiev, vďaka čomu je materiál rovnako tuhý ako ľudská koža a ponúka porovnateľný stupeň rozťažnosti a pružnosti.

Vedci teda objavili mechanizmus na posilnenie bežne mäkkých hydrogélov, čo by mohlo spôsobiť revolúciu vo vývoji nových materiálov s biologicky inšpirovanými vlastnosťami. Nové kombinácie vlastností syntetických materiálov by umožnili vytvorenie robotov s robustnou, samohojivou kožou alebo umelých tkanív, ktoré sa autonómne opravujú.

Zdroj: uni-bayreuth.de.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}