Разработан Биосовместимый Жесткий Гель Растягивающийся в 21 Раз Больше Своей Длины

Команда экспертов в области механики, материаловедения, и тканевой инженерии в Гарварде создали чрезвычайно эластичный и жесткий гель, который самостоятельно может проложить путь к замене поврежденного хряща в суставах человека.

Он называется гидрогель, потому что его основным ингредиентом является вода, новый материал представляет собой гибрид двух слабых гелей, которые объединяются, чтобы создать нечто гораздо более сильное. Гель может растягиваться, и иметь длину в 21 раз большую, по сравнению с первоначальной его длинной. Он имеет исключительную жесткость, способность к самовосстановлению, и биосовместим.  Это ценный набор атрибутов, которые открывают новые возможности применения его в области медицины и тканевой инженерии.

"Обычные гидрогели являются очень слабыми и ломкими - представьте себе как ложка проникает в желе", объясняет ведущий автор Чон Юн Сан, докторский научный сотрудник Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (SEAS). "Потому, что они на водной основе и биосовместимы. Люди хотели бы использовать их для некоторых очень сложных функций, таких как искусственные хрящи или хрящи спинных дисков. Гель, который мог бы работать в этих местах должен быть в состоянии выдержать и расширение при сжатии, и напряжение - без разрыва ".

Чтобы создать новый жесткий гидрогель, они объединили два общих полимера. Основным компонентом одного из которых является полиакриламид, известный при использовании его в мягких контактных линзах,  а так же как гель для -электрофореза, у которого отделили фрагмент ДНК в биологической лаборатории, вторым компонентом является альгинат, экстракт водорослей, который часто используется для загущения пищи.

Отдельно эти гели являются довольно слабыми - альгинат, например, можно растянуть только в 1,2 раза ее длинны - пока он разорвется. Однако, два полимера образуют сложную сеть сшитых цепей, которые усиливают друг друга. Химическая структура этой сети позволяет небольшое количество молекул растащить по большой площади и не разорвать его.

Альгинат, эта та часть геля, которая состоит из полимерных цепей, которые образуют слабые ионные связи друг с другом.  В результате, гель слегка расширяется, но сами полимерные цепи остаются нетронутыми. Если гель приобретает крошечные трещины, когда он тянется, полиакриламидная сетка помогает распространять тяговое усилие на большую площадь,  воздействуя на ионные связи альгината и распаковывая их тут и там. Группа исследователей показала, что даже с огромной трещиной, и критически большими отверстиями, гибрид геля все еще может растянуться до 17 раз по сравнению с исходной длинной. Важно отметить, что новый гидрогель, способен поддерживать эластичность и прочность сразу на нескольких участках.

"Необычно высокая растяжимость и жесткость этого геля, наряду со способностью к восстановлению, является невероятной", говорит Суо. "Теперь, когда мы показали, что это возможно, мы можем использовать его в качестве модельной системы для изучения механики гидрогелей и дальше исследовать различные способы применения». "Это очень перспективное открытие", добавил Суо.

Помимо искусственных хрящей, исследователи предполагают, что новый гидрогель может быть использован в мягкой робототехнике, оптике, искусственных мышцах, как жесткое защитное покрытие для ран, или "любое другое место, где мы должны использовать гидрогели с высокой растяжимостью и высокой прочностью".