Hydrożele do produkcji sztucznych mięśni

Hydrożele znalazły swoje zastosowanie w wielu różnych dziedzinach. Dzięki swojej zdolności do zmiany wielkości i kształtu w różnych warunkach wykorzystywane są między innymi do produkcji sztucznych mięśni, czujników czy w procesie podawania leków. Jednak, mimo że badane są one od kilkudziesięciu lat i posiadają niezwykłe właściwości, nadal nie zostały wprowadzone do ogólnego użytku. Dlaczego? Otóż głównym problemem jest to, że często są one zbyt delikatne i kruche, przez co łatwo je złamać przy rozciąganiu.

Hydrożele do produkcji sztucznych mięśni

Rys.1 Różne wykorzystania hydrożelu, na obrazku: rozciąganie, zwijanie, wiązanie itp., prawa autorskie: Abu Bin Imran, et al. ©2014 Macmillan Publishers Limited

Naukowcom z Uniwersytetu w Nagoya i Uniwersytetu Tokijskiego udało się rozwiązać ten problem. Stworzyli oni hydrożele, które są niezwykle rozciągliwe i wytrzymałe. Jest to ogromny krok naprzód, aby można było w przyszłości w całości wykorzystać ich potencjał.

Wszystkie hydrożele składają się z sieci polimerowych i charakteryzują się dużą zawartością wody. Do tej pory przeprowadzono wiele prób udoskonalenia hydrożeli i zwiększenia ich wytrzymałości. Jednak podczas tego procesu modyfikowano ich struktury polimerowe, przez co znacząco spadała wrażliwość na bodźce badanych hydrożeli.

Struktura nowopowstałego hydrożelu została stworzona na podstawie ostatnich badań nad tzw. ‚efektem koła pasowego’. Badania te opisują proces, w którym cząsteczki mogą ‚prześlizgiwać się’ przez otwory w polimerach usieciowanych w kształcie ósemki. Dzięki zminimalizowaniu nacisku na sieci polimerowe osiągnięto wyższą wytrzymałość hydrożeli. Co więcej, sieci polimerów zawierają jony, co dodatkowo zwiększa ich rozciągliwość.

Nowopowstałe hydrożele wykazują wiele niezwykłych właściwości. Mogą być zgniatane i skręcane i nie ulegają przy tym zniszczeniu. Nie da się też ich przeciąć nawet ostrym nożem. Dodatkowo, mają zdolność pochłaniania dużych ilości wody, stając się nawet do 620 razy cięższe i osiągając dużo większy rozmiar, kiedy umieści się je w wodzie.

„Według mnie, najważniejsze w naszej pracy jest to, że nie tylko chemicy, ale i naukowcy z innych dziedzin takich jak np. fizyka, biologia czy inżynieria będą mogli z łatwością otrzymać takie niezwykle rozciągliwe hydrożele, jeśli tylko użyte zostaną wiązania polirotaksanowe, które stworzyliśmy,” mówi współautor projektu Yukikazu Takeoka z Uniwersytetu w Nagoya.

Wyniki pokazują, że po wprowadzeniu nawet minimalnych modyfikacji do sieci polimerowych hydrożeli, znacznie zmieniają się ich właściwości chemiczne. Metoda ich wytwarzania jest zaś na tyle prosta i ogólna, że hydrożele te mogą być użyte na wiele różnych sposobów.

  1. Abu Bin Imran, Kenta Esaki, Hiroaki Gotoh, Takahiro Seki, Kohzo Ito, Yasuhiro Sakai, Yukikazu Takeoka, “Extremely stretchable thermosensitive hydrogels by introducing slide-ring polyrotaxane cross-linkers and ionic groups into the polymer network.” Nature Communications. 5, numer artykułu: 5124.
  2. http://phys.org/news/2014-10-extremely-stretchable-hydrogels-artificial-muscles.html

Opracowała: Joanna Grzelak

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*