Ученые создали самовосстанавливающийся гидрогель – полимер, чьи молекулы при разрезании куска геля вновь соединяются друг с другом в считанные секунды, что может быть полезно в медицине, в частности, при создании «заплат» для поврежденных тканей, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Гидрогель – материал, способный поглощать большое количество воды. Он представляет собой цепочку молекул, которые формируют гибкий желеобразный материал, напоминающий мягкие ткани человеческого тела – кожу, мышцы и сухожилия.

Группа под руководством Шайни Варгхесе (Shyni Varghese) из университета Калифорнии в Сан-Диего (США) смогла создать новую разновидность гидрогеля, молекулы которого способны самостоятельно соединиться после разделения.

Для этого ученые присоединили к молекулам полимера специальные «пальцы» – боковые цепи молекул, которые выглядят как пальцы руки.

«Способность к самовосстановлению – одно из важнейших качеств живых тканей, которое позволяет им выдерживать повторяющиеся повреждения. Перед биоинженерами постоянно вставал один и тот же вопрос: возможно ли самовосстановление в синтетических материалах, таких как гидрогель. Преимущества открытия заключается в возможности использовать материал в медицине и инженерии», – заявляет Варгхесе.

Это не первый самовосстанавливающийся материал. В 2008 году британские ученые разработали композитные материалы для обшивки самолетов, способные к восстановлению своей структуры. В 2009 году группа ученых из университета Южного Миссисипи создала полимерный материал, способный «заглаживать» трещины или царапины под действием солнечного света.

Группа Варгхесе создала компьютерную модель геля, которая показала, что

cпособность этого вещества к самовосстановлению зависит исключительно от длины «пальцев».

Исследователи обнаружили, что колебания в уровне кислотности приводят к изменению состояния частиц полимера:

при высоком содержании кислоты (низкий уровень pH) волокна соединяются, в то время как в щелочной среде (при повышении уровня pH) они разделяются.

Ученые несколько раз повторяли эксперимент в кислой среде, и каждый раз молекулы объединялись. К примеру, две цилиндрических частицы геля мгновенно прилипали друг к другу в растворе кислоты.

Участница исследования Амея Пхадке (Ameya Phadke) из университета Калифорнии в Сан-Диего отмечает, что гидрогель сохраняет свою силу и гибкость в кислотной среде, схожей с желудочной. Это делает его идеальным средством для лечения желудочно-кишечных заболеваний.

Как отмечают исследователи, применение этого материала возможно во многих областях, гидрогель может входить в состав различных веществ, включая промышленные герметики, самовосстанавливающийся пластик и медицинские нити. Подобный материал также может быть полезен для решения проблем энергосбережения и при переработке материалов, где самовосстанавливающиеся гели могут сократить промышленные и потребительские расходы.

Кроме того, скорость самовосстановления под влиянием кислот позволяют использовать гидрогель для устранения утечек в контейнерах, содержащих агрессивные кислоты. Для проверки этой гипотезы Варгхесе и коллеги проделали на дне пластикового контейнера отверстие и восстановили сосуд, загерметизировав его при помощи гидрогеля.

В будущем исследователи надеются провести испытания материала в более крупных масштабах. Ученые рассчитывают разработать другие виды гидрогеля, которые бы могли самостоятельно восстанавливаться при разных уровнях pH.