Ruchliwy hydrożel z przyszłością

Zespół z Uniwersytetu Stanowego Karoliny Północnej opracował nową technikę tworzenia wzorów w hydrożelach. Naukowcy nazwali ją wspomaganym elektrycznie drukowaniem jonowym.

Dr Michael Dickey twierdzi, że dzięki niej mogą powstać nowe technologie z zakresu miękkiej robotyki, które pozwolą naśladować systemy biologiczne i będą działać w środowisku wodnym. W bliższej przyszłości powinna ona znaleźć zastosowanie np. w dostarczaniu leków bądź tworzeniu rusztowań tkankowych i kierowaniu wzrostem komórek w trójwymiarze - dodaje dr Orlin Velev.

Podczas eksperymentów badacze wykorzystali elektrodę miedzianą. Po przyłożeniu prądu doszło do zlokalizowanego kompleksowania jonów miedzi w żelu. Kationy związały się z naładowanymi ujemnie fragmentami sieci polimerowej hydrożelu i w ten sposób powstał wzór ze sztywniejszego materiału. Amerykanie ustalili, że w wodzie utrzymywał się on nawet przez parę miesięcy.

Autorzy artykułu z Nature Communications zauważyli, że drukowanie jonowe wywoływało czasem naprężenia prowadzące do szybkich ruchów. Wiązania między cząsteczkami polimeru a kationami miedzi przybliżają do siebie włókna polimerowe, przez co hydrożel się wygina. Im więcej jonów wprowadzimy do hydrożelu, przepuszczając przez elektrodę prąd, tym silniejsze wygięcie uzyskamy - wyjaśnia Velev.

W kolejnym etapie akademicy wycięli z hydrożelu (pNaAc) obiekt w kształcie litery V. Podnieśli za jego pomocą 0,1-g sześcian z poli(dimetylosiloksanu). Do zaciśnięcia szczypczyków dochodziło po wprowadzeniu kationów miedzi w dolną część litery V. Po zastosowaniu pola elektrycznego o przeciwnym zwrocie uchwyt się rozluźniał.

Ostatnim zadaniem było uzyskanie chwytaka. W kawałku hydrożelu o kształcie litery X tworzono wzór. Po zanurzeniu w etanolu niezadrukowana część się kurczyła. Ponieważ część ze wzorem była sztywniejsza od reszty żelu, iks zamykał się na kostce z poli(dimetylosiloksanu) jak płatki kwiatu. Zespół tłumaczy, że jonodrukowany wzór działał jak kierujący ruchami egzoszkielet. Po zanurzeniu w wodzie żel powracał do pierwotnego kształtu.

hydrożel wspomagane elektrycznie drukowanie jonowe kationy miedzi chwytak wzór polimer cząsteczki wiązanie Michael Dickey Orlin Velev