Наконец удалось создать прочный гидрогель

Ученые создали прочный гидрогель, из которого можно сделать искусственные мышцы, средства доставки лекарств, накопители жидкости и множество других полезных вещей. Уникальные свойства гидрогелю придают особые скользящие петли в его структуре.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, исследователи из Университета Нагоя и Токийского университета представили новый тип гидрогеля, который эффективно впитывает воду, хорошо растягивается и противостоит разрезанию ножом. Разработка имеет очень большой потенциал, поскольку гидрогели уже давно считаются одним из самых перспективных материалов в области биотехнологий, аэрокосмической отрасли и робототехники.

К сожалению, за несколько десятилетий изучения гидрогелей их перспективность не вышла за рамки лабораторных опытов. Да, в перспективе полимеры, насыщенные водой, могут применяться для доставки лекарств, в качестве накопителей жидкостей и газов, каркасов для живых клеток и т.д. Однако до сих пор самые ценные лабораторные образцы не подходили для коммерциализации из-за свой непрочности. Лишь немногие гидрогели внедрены в промышленное производство, например,  в процесс изготовления электродов для физиотерапевтических приборов.


Исследователи из Университета Нагоя и Токийского университета впервые создали очень прочный гидрогель, который может много раз растягиваться и даже выдерживает воздействие ножа. При этом в основе нового материала лежит обычный гидрогель, который применяется для изготовления электродов.

Новый гидрогель имеет особую структуру: молекулы пропионовой кислоты могут скользить через отверстия в форме восьмерки, которые образуются "швами" на стыке полимеров. Эти швы выполняют роль своеобразных шкивов, которые минимизируют нагрузку на полимерную сеть. Таким образом гидрогель легко выдерживает растяжение, сжатие и даже надавливание острым предметом. Кроме того, он может поглощать большие объемы воды, становясь в 620 раз тяжелее. Это свойство можно использовать, например, для накопления воды в засушливых регионах или создания питательной среды для культивирования живых клеток.

Но главное – с помощью регулирования рН-фактора можно управлять реакцией гидрогеля на температуру, заставляя его сжиматься сильнее или слабее при определенной температуре окружающей среды. Таким образом, гидрогель можно применять в искусственных мышцах. Для протезов,  экзоскелетов и роботов это был бы практически идеальный вариант: нетравматичный, прозрачный и дешевый.

Создатели гидрогеля уверены, что их изобретение в ближайшее время найдет широкое применение в самых разных областях науки и техники.