Створено самозаглядний структурно-пофарбований гідрогель

Дослідники з Південно-східного університету Китаю створили самозаглядний гідрогель, якому при створенні можна надавати будь-який колір за допомогою зміни розміру структурних елементів. Такий матеріал можна розрізати навпіл, а потім знову поєднати дві частини, після чого вони скріпляться за рахунок реакцій між речовинами - наповнювачами гідрогелю. Дослідження опубліковано в журналі.

Гідрогелі - речовини, що представляють собою сітку з гідрофільних полімерів, в якій порожнини можуть бути заповнені великою кількістю води. Як правило, більшість гідрогелів при поглинанні води збільшують свої розміри в рази порівняно з сухим станом.

Китайські дослідники поставили перед собою мету підвищити зносостійкість конструкцій на основі гідрогелів. З цією метою вони звернулися до живих організмів, у яких запозичили дві властивості: по-перше, здатність загоювати рани, а по-друге, характерну для деяких комах здатність приймати яскраве кольорове забарвлення без використання будь-яких барвників.

Як каркас гідрогелю вчені використовували структуру інвертованого опалу. Для цього спочатку був виготовлений «шаблон» з упорядкованих сферичних частинок оксиду кремнію з діаметром в кілька сотень нанометрів, що нагадує опал. Потім у пори між частинками заливався спеціальний склад, який полімеризувався і застигав під дією ультрафіолету. Після цього наночастинки оксиду кремнію видаляли. Така структура є фотонним кристалом, в якому коефіцієнт заломлення змінюється періодично, з періодом, порівнянним з довжиною хвилі світла. Змінюючи розмір наночастинок шаблону, дослідники підбирали цікавить їх колір кінцевого гідрогелю.

Для того щоб надати матеріалу самовідданих властивостей, дослідники використовували як дисперсійне середовище не чисту воду, а розчин білків, який забезпечував зворотні зв'язки.

Вчені продемонстрували можливості свого матеріалу за допомогою двох експериментів. Вони розрізали зразок матеріалу, а потім поєднали його назад, в результаті чого білкові зв'язки відновилися і матеріал «склеївся». Крім того, вони показали, що такий же ефект можна отримати зі зразками різного кольору, а значить, і різним періодом решітки.

Після відновлення зразки мали дещо меншу міцність. Це пояснюється тим, що «загоєння» схильні тільки до зв'язку між білковим наповнювачем, тоді як каркас залишається розірваним.

Дослідники відзначають, що всі вихідні речовини були отримані з живих організмів, тому отриманий гідрогель повинен мати високу біосумісність.

Існує чимало розробок біосумісних пристроїв на основі гідрогелів, наприклад, імпортовані механічні системи, фотоактивований гідрогель для зшивання капілярів, або чорнила для друку хрящів на 3D-принтері.