NPG Asia Materials: из тканей кальмара и полимеров создали универсальный гидрогель

Автор: Загудалина Диана

Новый материал можно применять в разных сферах.

Исследователи из Университета Хоккайдо в Японии объединили натуральные ткани кальмаров с синтетическими полимерами, чтобы разработать прочный и универсальный гидрогель, который имитирует многие уникальные свойства биологических тканей. Гидрогели представляют собой полимерные сети, содержащие большое количество воды, и изучаются для многих применений, включая медицинские протезы, мягкие роботизированные компоненты и новые сенсорные системы.

Природные биологические ткани обладают уникальными свойствами, необходимыми для их функций, которые исследователи стремятся воспроизвести в гидрогелях. Мышцы, например, помимо силы и гибкости, обладают физическими свойствами, которые различаются в разных направлениях и построены из иерархии структур, работающих вместе. Кости и кровеносные сосуды также демонстрируют эти особенности, известные как иерархическая анизотропия. В отличие от натуральных тканей, которые исследователи хотят имитировать, большинство синтетических гидрогелей имеют одинаковые свойства во всех направлениях и структурно слабы.

Объединив свойства тканей, полученных из кальмаров, с синтетическими полимерами, мы продемонстрировали гибридную стратегию, которая служит общим методом для получения гидрогелей с полезной иерархической анизотропией, а также прочностью

говорит ученый Тасуку Накадзима из команды Университета Хоккайдо.

Производственный процесс начинается с имеющейся в продаже замороженной ткани кальмара. У живых кальмаров внешняя ткань расширяется, чтобы набрать воду в тело, а затем сильно сжимается, выбрасывая воду наружу в виде струи. Эта способность зависит от анизотропных мышц соединительной ткани кальмара. Исследователи воспользовались преимуществами молекулярных механизмов в этой естественной системе, чтобы создать свой биоимитирующий гель.

Химическая и термическая обработка тонких срезов размороженной ткани кальмара в смеси с молекулами полиакриламидного полимера инициировала формирование сшитого гибридного гидрогеля. Он имеет то, что известно как структура двойной сети, с синтетической полимерной сетью, встроенной и связанной с более естественной сетью мышечных волокон, полученной из мантии кальмара.

Синтезированный нами DN-гель намного прочнее и эластичнее, чем натуральная мантия кальмара. Уникальная композитная структура также делает материал впечатляюще устойчивым к разрушению, в четыре раза более прочным, чем исходный материал,

объясняет профессор Цзянь Пинг Гонг, возглавлявший команду.

Текущая работа по проверке концепции должна стать только началом изучения многих других гибридных гидрогелей, которые могут использовать уникальные свойства других природных систем. Медузы уже использовались в качестве источника материала для более простых гидрогелей с одной сетью, поэтому они являются очевидным следующим выбором для изучения вариантов гибридных двойных сетей.

Возможные применения включают несущие искусственные волокнистые ткани, такие как искусственные связки и сухожилия, для медицинских целей. Дальнейшая работа группы будет посвящена изучению биосовместимости гелей и изучению возможностей создания ряда гелей, подходящих для различных целей,

говорит Гонг.