Новости химической науки > Новый гидрогель бросает вызов резине

Исследователи из США и Южной Кореи разработали исключительно прочный и растяжимый гидрогель с новым строением.

Новые гели, которые могут найти применение в создании контактных линз и изготовлении искусственных тканей, в десять раз прочнее хрящевой ткани и могут быть растянуты на длину, в 20 раз превышающие свою собственную длину, практически не повреждаясь.

Длина гидрогеля может быть увеличена в двадцать раз без последствий для материала. (Рисунок из Nature, 2012, DOI: 10.1038/nature11409)

Большая часть гидрогелей хрупки, и их растянуть не так просто, из-за чего гидрогели до настоящего времени не рассматривали в качестве структурных или конструкционных материалов. Однако то обстоятельство, что они могут инкапсулировать органические полимеры, делают их более подходящими материалами, чем, например, металлы, для контакта с клетками и тканями. В последнее десятилетие исследователи начали работу по модификации свойств гидрогелей, чтобы получить биологически совместимые и прочные материалы.

Определенные успехи в этой области были достигнуты в 2003, когда японские исследователи смогли получить гидрогели с энергией сдвига (количественной мерой прочности материала) большей, чем 1000 Дж/м, такая прочность характерная для природной хрящевой ткани.

В новой работе исследователей из группы Чжигана Суо (Zhigang Suo) описан новый гидрогель с энергией сдвига 9000 Дж/м, это означает, что новый материал почти также сложно разрушить как резину. Отличие нового гидрогеля от уже известных гидрогелевых материалов можно было увидеть даже «на глаз» – без дополнительных измерений. Прочность материала на порядок выше прочности ранее известных систем аналогичного строения.

Как и гидрогель, ранее разработанный японскими исследователями, материал группы Суо состоит из двух различные типов полимеров, связанные двумя типами поперечной сшивки. Поперечная сшивка первого полимера, альгината, достигается за счет ионного связывания с ионами кальция. Этот тип связи может обратимо разрушаться и образовываться, даже если в случае растяжения гидрогель потеряет прочность за счет разрушения ионных связей, поперечная сшивка альгината может быть восстановлена с помощью нагревания. Сшивка во втором полимере – полиакриламиде, образована ковалентными связями, что обеспечивает материалу дополнительную прочность при растяжении. Тем не менее, исследователи в настоящее время не знают точно, каким образом взаимодействуют между собой два поперечно-сшитых полимера.

Специалист по химии материалов Виталий Хуторянский (Vitaliy Khutoryanskiy) из Университета Рединга говорит, что подход, использованный при создании нового полимера весьма элегантен – исследователи применили достаточно простую химию и достигли фантастических результатов. Он надеется, что принцип, использовавшийся при получении нового материала, могут быть полезными для получения более долговечных гидрогелей.

Гидрогели уже применяются в изготовлении контактных линз, направленной доставки лекарственных препаратов и шаблонов для выращивания поврежденной ткани, поэтому Суо надеется, что созданный в его группе материал также сможет найти много облстей применения, в частности – для замены и восстановления хрящевой ткани.

Источник: Nature, 2012, DOI: 10.1038/nature11409

метки статьи: #новые материалы, #химия полимеров