Istraživači sa Univerziteta Hokaido u Japanu kombinovali su prirodna tkiva lignje sa sintetičkim polimerima kako bi razvili snažan i svestran hidrogel koji oponaša mnoga jedinstvena svojstva bioloških tkiva. Hidrogelovi su polimerne mreže koje sadrže velike količine vode i istražuju se za mnoge upotrebe, uključujući medicinsku protetiku, meke robotske komponente i nove senzorske sisteme.
Tim iz Hokaida izveštava o svom doprinosu ovoj oblasti istraživanja koja se brzo razvija u časopisu NPG Asia Materials.
Prirodna biološka tkiva pokazuju jedinstvena svojstva neophodna za njihove funkcije, koje istraživači nastoje da repliciraju u hidrogelovima. Mišići, na primer, pored snage i fleksibilnosti, imaju fizička svojstva koja variraju u različitim pravcima i izgrađena su od hijerarhije struktura koje rade zajedno. Kosti i krvni sudovi takođe pokazuju ove karakteristike, poznate kao hijerarhijska anizotropija.
Za razliku od prirodnih tkiva koje istraživači žele da oponašaju, većina sintetičkih hidrogelova ima uniformna svojstva u svim pravcima i strukturno su slabi.
„Kombinovanjem svojstava tkiva dobijenih od lignji sa sintetičkim polimerima, demonstrirali smo hibridnu strategiju koja služi kao opšta metoda za pripremu hidrogelova sa korisnom hijerarhijskom anizotropijom, a takođe i čvrstoćom“, kaže naučnik za polimere Tasuku Nakajima iz tima Univerziteta Hokaido.
Proces proizvodnje počinje sa komercijalno dostupnim plaštom od smrznute lignje — glavnim spoljnim delom lignje. Kod živih lignji, omotač se širi kako bi uneo vodu u telo, a zatim se snažno skuplja da bi izbacio vodu napolje kao mlaz. Ova sposobnost zavisi od anizotropnih mišića unutar vezivnog tkiva lignje. Istraživači su iskoristili prednosti molekularnih aranžmana unutar ovog prirodnog sistema da bi napravili svoj bio-imitirajući gel. Kada se u gel dvostruke mreže od sintetičkog polimera lignje useče zarez i on se postepeno rasteže, prelom se ne preseca pravo preko kompozita jer mišićna vlakna potiskuju širenje pukotina. Zasluge: Shou Ohmura, et al. NPG Asia Materials. 20. januara 2023. godine
Hemijska i toplotna obrada tankih kriški odmrznutog tkiva lignje pomešanih sa molekulima poliakrilamidnog polimera inicirala je formiranje umreženog hibridnog hidrogela. Ima ono što je poznato kao struktura dvostruke mreže, sa mrežom sintetičkih polimera ugrađenom i povezanom unutar prirodnije mreže mišićnih vlakana koja potiče od plašta lignje.
„DN gel koji smo sintetizovali je mnogo jači i elastičniji od prirodnog plašta lignje“, objašnjava profesor Jian Ping Gong, koji je predvodio tim. „Jedinstvena kompozitna struktura takođe čini materijal impresivno otpornim na lom, četiri puta čvršćim od originalnog materijala.
Trenutni rad na dokazivanju koncepta trebalo bi da bude samo početak za istraživanje mnogih drugih hibridnih hidrogelova koji bi mogli da iskoriste jedinstvena svojstva drugih prirodnih sistema. Meduze su već korišćene kao izvor materijala za jednostavnije hidrogelove sa jednom mrežom, tako da su očigledan sledeći izbor za istraživanje hibridnih opcija sa dvostrukom mrežom. Kada se u gel sa dvostrukom mrežom od sintetičkog polimera lignje useče zarez i rastegne se težinom od 500 grama, on se ne lomi. Zasluge: Shou Ohmura, et al. NPG Asia Materials. 20. januara 2023. godine
„Moguće primene uključuju veštačka vlaknasta tkiva koja nose opterećenje, kao što su veštački ligamenti i tetive, za medicinsku upotrebu“, kaže Gong. Dalji rad tima će istražiti biokompatibilnost gelova i istražiti opcije za pravljenje niza gelova pogodnih za različite upotrebe.
