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.
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.
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.
