Ένα πολυμερές υλικό που περιέχει κυρίως
νερό, παρόμοιο με τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται οι φακοί επαφής,
δεν προσφέρει μόνο άριστη αντοχή, αλλά μπορεί επίσης να τεντώνεται
μέχρι 20 φορές το αρχικό του μήκους. Το νέο υδροτζέλ είναι επίσης
βιοσυμβατό και θα μπορούσε μια μέρα να αντικαθιστά φθαρμένες αρθρώσεις.
Υδροτζέλ-«τραμπολίνο»
Σε βίντεο που παρουσίασαν οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ στη Μασαχουσέτη, μια μπάλα από συμπαγές ατσάλι αναπηδά πάνω στο υδροτζέλ σαν να ήταν τραμπολίνο.
Το φυσικό καουτσούκ, το οποίο μπορεί να τεντωθεί μόνο μέχρι έξι φορές το αρχικό του μήκους, θα φαινόταν άκαμπτο μπροστά του.
Τα υδροτζέλ είναι σχετικά νέα υλικά που αποτελούνται από υδρόφιλα πολυμερή μόρια και αποτελούνται έως και κατά 99,9% από νερό. Το ίδιο, όμως, συμβαίνει και με πολλούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος.
«Ο χόνδροι, η καρδιά, ακόμα και ο εγκέφαλος, μπορούν να θεωρηθούν υδροτζέλ» σχολιάζει ο μηχανικός Τσιγκάνγκ Σούο, επικεφαλής της ομάδας που ανέπτυξε το νέο υλικό.
Εκτός όμως από ακραία ελαστικότητα, το νέο υλικό προσφέρει και εξαιρετικά υψηλή αντοχή. Το υδροτζέλ στους μαλακούς φακούς επαφής αντέχουν σε δυνάμεις μερικών εκατοντάδων Joule (μονάδα μέτρησης της ενέργειας) ανά τετραγωνικό μέτρο, ενώ οι ανθρώπινοι χόνδροι μέχρι 1.000 Joule/m2.
«Στο δικό μας υλικό, η ενέργεια θραύσης ανεβαίνει στα 10.000 Joule/m2» υπερηφανεύεται ο Σούο.
Τα συστατικά του υπερελαστικού πολυμερούς
Όπως αναφέρουν οι ερευνητές στο περιοδικό Νature, το υπερελαστικό υδροτζέλ αποτελείται από δύο πολυμερή: το αλγινικό οξύ που προέρχεται από φύκια, και την πολυακριλαμίδη που χρησιμοποείται στη βιομηχανία και τις βιοϊατρικές έρευνες.
Τα μόρια αλγινικού οξέος ενώνονται μεταξύ τους με ιοντικούς δεσμούς, ενώ τα μόρια πολυακριλαμίδης από ισχυρότερους ομοιοπολικούς δεσμούς. Όταν το υλικό τεντωθεί, οι ομοιοπολικοί δεσμοί εμποδίζουν τη θραύση του υλικού, ενώ οι ιοντικοί δεσμοί σπάνε και σχηματίζονται εκ νέου όταν το υδροτζέλ επανέλθει στο αρχικό του σχήμα.
Ακόμα και όταν τεντωθεί στο σημείο να υποστεί πλαστική παραμόρφωση, το υδροτζέλ μπορεί να ανακτήσει το αρχικό του σχήμα με απλή θέρμανση στους 80 βαθμούς Κελσίου.
Δεδομένου ότι και τα δύο πολυμερή θεωρούνται βιοσυμβατά, το νέο υδροτζέλ θα μπορούσε ίσως να χρησιμοποιηθεί σε τεχνητούς χόνδρους υψηλής αντοχής.
Υδροτζέλ-«τραμπολίνο»
Σε βίντεο που παρουσίασαν οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ στη Μασαχουσέτη, μια μπάλα από συμπαγές ατσάλι αναπηδά πάνω στο υδροτζέλ σαν να ήταν τραμπολίνο.
Το φυσικό καουτσούκ, το οποίο μπορεί να τεντωθεί μόνο μέχρι έξι φορές το αρχικό του μήκους, θα φαινόταν άκαμπτο μπροστά του.
Τα υδροτζέλ είναι σχετικά νέα υλικά που αποτελούνται από υδρόφιλα πολυμερή μόρια και αποτελούνται έως και κατά 99,9% από νερό. Το ίδιο, όμως, συμβαίνει και με πολλούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος.
«Ο χόνδροι, η καρδιά, ακόμα και ο εγκέφαλος, μπορούν να θεωρηθούν υδροτζέλ» σχολιάζει ο μηχανικός Τσιγκάνγκ Σούο, επικεφαλής της ομάδας που ανέπτυξε το νέο υλικό.
Εκτός όμως από ακραία ελαστικότητα, το νέο υλικό προσφέρει και εξαιρετικά υψηλή αντοχή. Το υδροτζέλ στους μαλακούς φακούς επαφής αντέχουν σε δυνάμεις μερικών εκατοντάδων Joule (μονάδα μέτρησης της ενέργειας) ανά τετραγωνικό μέτρο, ενώ οι ανθρώπινοι χόνδροι μέχρι 1.000 Joule/m2.
«Στο δικό μας υλικό, η ενέργεια θραύσης ανεβαίνει στα 10.000 Joule/m2» υπερηφανεύεται ο Σούο.
Τα συστατικά του υπερελαστικού πολυμερούς
Όπως αναφέρουν οι ερευνητές στο περιοδικό Νature, το υπερελαστικό υδροτζέλ αποτελείται από δύο πολυμερή: το αλγινικό οξύ που προέρχεται από φύκια, και την πολυακριλαμίδη που χρησιμοποείται στη βιομηχανία και τις βιοϊατρικές έρευνες.
Τα μόρια αλγινικού οξέος ενώνονται μεταξύ τους με ιοντικούς δεσμούς, ενώ τα μόρια πολυακριλαμίδης από ισχυρότερους ομοιοπολικούς δεσμούς. Όταν το υλικό τεντωθεί, οι ομοιοπολικοί δεσμοί εμποδίζουν τη θραύση του υλικού, ενώ οι ιοντικοί δεσμοί σπάνε και σχηματίζονται εκ νέου όταν το υδροτζέλ επανέλθει στο αρχικό του σχήμα.
Ακόμα και όταν τεντωθεί στο σημείο να υποστεί πλαστική παραμόρφωση, το υδροτζέλ μπορεί να ανακτήσει το αρχικό του σχήμα με απλή θέρμανση στους 80 βαθμούς Κελσίου.
Δεδομένου ότι και τα δύο πολυμερή θεωρούνται βιοσυμβατά, το νέο υδροτζέλ θα μπορούσε ίσως να χρησιμοποιηθεί σε τεχνητούς χόνδρους υψηλής αντοχής.
Βαγγέλης Πρατικάκης Βήμα Science
Δεν υπάρχουν σχόλια :
Δημοσίευση σχολίου