Может ли жертвенная структура ускорить восстановление гидрогелей?

Исследование, опубликованное онлайн 26 февраля в журнале Nature Materials, представляет принципиально новую технологию создания гидрогелей с самоисцеляющимися свойствами. Работа проведена учёными из Hokkaido University и Duke University, объединившими усилия для решения задачи быстрого восстановления материала при повреждениях.
Может ли жертвенная структура ускорить восстановление гидрогелей?
Изображение носит иллюстративный характер

Гидрогели представляют собой сетчатые полимеры, способные впитывать и удерживать значительное количество воды. Такие материалы широко используются для изготовления мягких контактных линз, создания жевательных сладостей и имитации хрящевой ткани, где крайне важна балансировка между гибкостью и прочностью.

Основополагающие разработки в области двойных сетевых гидрогелей начаты профессором Jian Ping Gong из Hokkaido University еще в 2003 году. Тогда концепция жесткого внутреннего каркаса, интегрированного в мягкую матрицу, позволила значительно усилить материал, аналогично тому, как внутри автомобильной шины располагается крепкий армирующий слой.

Однако традиционные двойные сетевые гидрогели теряют способность к восстановлению после разрушения внутренней структуры. Профессор Michael Rubinstein из Duke University приводит сравнение с шинами, где утрата внутреннего армирующего слоя приводит к необратимой поломке, аналогично несущим конструкциям гидрогелей.

Новая методика предусматривает внедрение жертвенных сегментов, специально разработанных для быстрого разрушения под нагрузкой. При их обрыве образуются свободные радикалы, которые вступают в реакцию с окружающими бифункциональными и многофункциональными мономерами.

Химический процесс заключается в формировании новых полимерных цепей и перекрестных связей в месте повреждения, что приводит к появлению обновленной и усиленной сетки. Таким образом, созданный интерфейс не только устраняет дефект, но и предупреждает дальнейшее распространение трещины.

Демонстрационные испытания показали, что гидрогель способен компенсировать рост трещин со скоростью около двух дюймов в минуту. При этом данный показатель оптимален для условий, где важнее устойчивость к постепенному износу, нежели стремительное разрушение материала.

Применение технологии рассматривается для соединений, несущих значительные нагрузки, а также для суставов в робототехнике и тканей человека. Инновационный подход обещает значительно продлить срок службы таких конструкций, обеспечивая их самовосстановление при накоплении микроповреждений.

Ведутся работы по созданию вычислительной модели, позволяющей симулировать внутренние процессы заживления гидрогеля. Исследователи из Duke University уже нацелены на совершенствование метода в рамках разработки «версии 2.0», что обещает еще более быстрое и надежное восстановление материала.


Новое на сайте

20074Я не получил структуру статьи для анализа. Вместо содержания статьи в запросе указано... 20072Эффект красоты решает исход собеседования до первых слов 20069Как черта характера крадёт деньги на переговорах 20068Карточная игра против главной дисфункции команды 20067Какие три нарратива способны провести компанию сквозь любой кризис? 20066Фотосинтез в глазах мышей: возможно ли это без превращения в растение? 20065СПКЯ стало СПМЯ: почему переименование болезни, затрагивающей миллионы женщин, заняло так... 20064Почему великая пирамида Гизы пережила все землетрясения за 4500 лет 20063Генетика Homo erectus: что зубная эмаль рассказала о наших предках 20062Кости в бухте Эребус: что кости моряков Франклина рассказывают спустя полтора века 20061Крупнейший плавучий ветрогенератор в мире: Китай испытывает установку у берегов Шанхая 20060Карие глаза младенца стали индиго после лечения от COVID-19 20058Почему серебряная чаша с Афиной пролежала в немецком лесу две тысячи лет? 20057Дыра в атмосфере солнца: вспышка достигла пика и может зажечь полярное сияние
Ссылка