Кремній допоміг з'єднати різні м'які полімери

Вчені розробили новий метод з'єднання еластомерів і гідрогелів, який можна застосовувати разом з різними методами виробництва, наприклад, у 3D-друку. Дослідники запропонували під час полімерізації впроваджувати в структуру кожної речовини спеціальні добавки, які з'єднуються між собою не відразу, а через деякий час, який можна регулювати відразу кількома способами, повідомляється в журналі.

Вчені, які розробляють м'які електронні медичні пристрої, нерідко застосовують у них матеріали різних типів, які несуть у конструкції різні функції. Наприклад, нерідко вони об'єднують в таких пристроях міцні еластичні полімери та електропровідні гідрогелі. Існують різні методи з'єднання цих типів матеріалів, але більшість з них має серйозні недоліки, наприклад, вони вимагають певної послідовності етапів побудови, через що для створення таких виробів підходять далеко не всі методи виробництва.

Дослідники під керівництвом Чжигана Со (Zhigang Suo) з Гарвардського університету розробили новий спосіб з'єднувати гідрофобні еластомери і гідрогелі, який підходить для різних методів виробництва і послідовностей приєднання. Для цього вчені запропонували додавати в прекурсори гідрогелю та еластомера силани (з'єднання кремнію і водню), які служать сполучними агентами. Під час полімеризації прекурсорів ці сполуки вбудовуються в полімерні ланцюжки еластомера і гідрогелю.

Силанові фрагменти з'єднуються між собою не під час ствердування полімеру і гідрогелю, а після цього. Спочатку на кінцях силанових груп приєднані органічні групи. Під час з'єднання еластомера з гідрогелем вода з нього заміщує органічні групи на водень і, таким чином, створює силанольні групи, які з'єднуються між собою і скріплюють два різних полімери. Особливість запропонованої методики полягає в тому, що кінетика з'єднання силанольних груп залежить від pH, температури, а також присутності у вихідному матеріалі для створення гідрогелю поверхнево активних речовин. Змінюючи ці параметри можна регулювати і з'єднання двох матеріалів.

Вчені показали кілька варіантів застосування методики. Наприклад, крім звичайного з'єднання вони продемонстрували створення зморщинистої поверхні. Для цього перед приєднанням вони попередньо розтягнули гідрогель і тільки після цього приєднали його до еластомера. Після цього гідрогель повернув свою форму і змусив поверхню отриманого матеріалу періодично згинатися.

Торік вчені створили структурно-пофарбований гідрогель з обратимими зв'язками. За рахунок цього такий матеріал можна розрізати на дві частини і і поєднати назад, після чого частина зв'язків у матеріалі відновиться і два фрагменти склеяться в єдине ціле.