Группа экспертов в области механики, материаловедения и тканевой инженерии в Гарварде создали чрезвычайно эластичный, но при этом прочный гель, который может дать начало технологии замены поврежденных хрящей в суставах человека.
Называющийся гидрогелем, поскольку его основным компонентом является вода, новый материал представляет собой гибрид двух слабых гелей, которые, объединяясь, превращаются в нечто гораздо более прочное. Гель не только может растягиваться в 21 раз по сравнению с первоначальной длиной, но он также исключительно прочен, обладает эффектом самовосстановления и биосовместимый – ценный комплекс свойств, открывающих новые возможности применения в области медицины и тканевой инженерии.
Материал, его свойства и простота методики синтезирования описана в номере журнала «Nature» от 6 сентября.
„Обычные гидрогели являются очень непрочными и хрупкими: представьте себе ложку, проходящую через желе“, — объясняет ведущий автор Чон Юн Сан, аспирант Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (SEAS). „Но, поскольку они сделаны на водной основе и биосовместимы, человек будет использовать их в некоторых очень сложных областях применения, таких как изготовление искусственных хрящей или межпозвоночных дисков. Чтобы гель сохранял свои свойства в таких условиях, он должен иметь возможность растягиваться и удлиняться при сжатии и натяжении, не разрушаясь“.
Чтобы создать такой новый прочный гидрогель, специалисты объединили два обычных полимера. Основным компонентом является полиакриламид, известный из-за его применения для производства мягких контактных линз и в качестве гель-электрофореза, разделяющего фрагменты ДНК в биологических лабораториях; вторым компонентом является альгинат, экстракт водорослей, который часто используется как загуститель в различных пищевых продуктах.
По отдельности оба этих геля достаточно непрочные: альгинат, например, можно растянуть только в 1,2 раза от его первоначальной длины, после чего он разорвется. В то же время, объединив их в отношении 8:1, оба полимера образуют сложную сеть сшитых цепочек, которые упрочняют друг друга. Химическая структура такой сетки дает возможность молекулам в очень небольшой степени удаляться друг от друга на большой площади поверхности, вместо того, чтобы давать гелю растрескиваться.
Помимо искусственных хрящей исследователи предполагают, что новый гидрогель может быть использован в мягкой робототехнике, оптике, при изготовлении искусственных мышц, в качестве прочного защитного покрытия для ран, или „в любой другой области применения, где требуется гидрогель, обладающий высокой прочностью и степенью растяжения“.
...
