Polímeros e nanopartículos emaranhados criam hidrogel de auto-cicatrização semelhante à pele

Todos nós encontramos géis na vida cotidiana-desde as substâncias macias e pegajosas que você coloca no cabelo nos componentes do tipo geléia em vários alimentos. Embora a pele humana compartilhe características semelhantes a gel, ela possui qualidades únicas que são muito difíceis de replicar. Ele combina alta rigidez com flexibilidade e possui notáveis ​​capacidades de autocura, muitas vezes cicatrizando completamente 24 horas após uma lesão.

Até agora, os géis artificiais conseguiram replicar as propriedades de alta rigidez ou de autocura da pele pure, mas não ambas. Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade Aalto e da Universidade de Bayreuth é a primeira a desenvolver um hidrogel com uma estrutura única que supera as limitações anteriores, abrindo a porta para aplicações como Entrega de medicamentosAssim, cicatrização de feridassensores de robótica macia e pele synthetic.

No estudo, os pesquisadores adicionaram nanopartículas de argila excepcionalmente grandes e ultrafinas a hidrogéis, que são tipicamente macios e mole. O resultado é uma estrutura altamente ordenada com polímeros densamente enredados entre nanopartículas, não apenas melhorando as propriedades mecânicas do hidrogel, mas também permitindo que o materials se recupere.

A pesquisa é publicado em Materiais naturais.

Cura by way of ‘emaranhamento’

O segredo do materials está não apenas no arranjo organizado das nanopartículas, mas também nos polímeros que estão entrelaçados entre eles – e um processo tão simples quanto o cozimento. O pesquisador de pós -doutorado Chen Liang misturou um pó de monômeros com água que contém nanopartículas. A mistura foi então colocada sob uma lâmpada UV – semelhante à usada para definir esmalte em gel.

“A radiação UV da lâmpada faz com que as moléculas individuais se unem para que tudo se torne um sólido elástico-um gel”, explica Liang.

“Emaranhado significa que as finas camadas de polímero começam a girar umas com as outras como pequenos fios de lã, mas em uma ordem aleatória”, acrescenta Grasp Zhang, da Universidade de Aalto. “Quando os polímeros estão totalmente enredados, são indistinguíveis um do outro. Eles são muito dinâmicos e móveis no nível moleculare quando você os corta, eles começam a se entrelaçar novamente. “

Quatro horas depois de ser cortado com uma faca, o materials já está de 80 a 90% de repercussão. Após 24 horas, normalmente é completamente reparado. Além disso, uma espessura de um milímetro hidrogel contém 10.000 camadas de nanopartículas, o que torna o materials tão rígido quanto pele humanae fornece um grau comparável de alongamento e flexibilidade.

“Os hidrogéis rígidos, fortes e de auto-cicatrização têm sido um desafio. Descobrimos um mecanismo para fortalecer os hidrogéis convencionalmente macios. Isso pode revolucionar o desenvolvimento de novos materiais com propriedades bio-inspiradas”, diz Zhang.

Ganhando inspiração da natureza

“Este trabalho é um exemplo emocionante de como Materiais Biológicos encourage -nos a procurar novas combinações de propriedades para Materiais sintéticos. Think about robôs com peles robustas e auto-curais ou tecidos sintéticos que reparam autonomamente “, diz Olli Ikkala, da Universidade de Aalto.

Embora possa haver um caminho a percorrer antes da aplicação do mundo actual, os resultados atuais representam um salto essential. “É o tipo de descoberta basic que pode renovar as regras do design de materiais”, diz o Prof. Ikkala.

A colaboração foi liderada pelo Dr. Grasp Zhang, Prof. Olli Ikkala e Prof. Josef Breu. As nanopartículas de argila sintética foram projetadas e fabricadas pelo Prof. Josef Breu na Universidade de Bayreuth, na Alemanha.