Химики создали гидрогель, способный растягиваться в 20 раз

Комбинация из двух полимеров с противоположными свойствами позволила физикам создать супергибкий гидрогель, способный растягиваться без повреждений в 20 раз и сохраняющий механическую прочность при наличии серьезных дефектов, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature. Как оказывается, гидрогели представляют собой особый вид желеобразных или твердых материалов, практически полностью - на 98% и более - состоящих из воды или других видов жидкости. Гидрогели широко используются в медицине, садоводстве и в некоторых других областях. Их полезность ограничивается их ломкостью и невысокой прочностью - большинство гидрогелей крайне плохо переносит нагрузки и портится при растягивании всего на 30%.

Группа химиков под руководством Чжигана Со (Zhigang Suo) из Гарвардского университета работала над созданием новых видов гидрогелей, комбинируя различные полимеры, молекулы которых удерживают воду внутри "скелета" материала. Как отмечают ученые, первые "двойные" гидрогели были разработаны еще в 2003 году. Такие материалы содержали в себе не одну, а две полимерных сетки, значительно увеличивавших его механическую прочность. Данные гидрогели страдали от одной общей и неизлечимой проблемы - их прочность резко понижалась после первого сжатия, так как химические связи в одной из полимерных сеток разрушались при деформации. Команда ученых ликвидировала этот недостаток, заменив традиционные полимеры сеткой из альгината - длинных цепочек углеводородов, извлекающихся из клеток бурых водорослей.

По мнению исследователей, альгинат не похож по своим химическим свойствам на другие полимеры. Его молекулы соединяются друг с другом не "жесткими" ковалентными связями, как обычные полимеры, а относительно "мягкими" ионными. Благодаря этому волокна алгината будут восстанавливать свою форму при растягивании, а не деформироваться, как обычные компоненты гидрогелей. Ученые подготовили несколько экспериментальных образцов гидрогеля, смешав алгинат с молекулами полимера полиакриламида. Новый материал обладает великолепными механическими свойствами - полоски из нового вида гидрогеля способны растягиваться в 20 раз и при этом они выдерживают в десять раз большую нагрузку, чем "двойные" гидрогели, без потери механической устойчивости. Кроме того, новый материал выдерживает порезы и царапины и не расползается на части, как это делают обычные гидрогели. Как полагают авторы статьи, столь кардинальное улучшение свойств гидрогелей откроет новые области для использования этих материалов в науке и промышленности. В частности, великолепная гибкость и высокая механическая прочность геля делает его одним из первых кандидатов на роль искусственных хрящевых тканей.