Popravka ili zamena povređenih tetiva ili sličnih nosivih tkiva predstavlja jedan od najvećih izazova u kliničkoj medicini. Prirodne tetive su tkiva bogata vodom koja pokazuju izuzetnu mehaničku čvrstoću i izdržljivost. Njihova mehanička svojstva potiču od sofisticiranih struktura mikrorazmera koje uključuju krute kolagene fibrile poredane paralelno i isprepletene mekim biopolimerima koji zadržavaju vodu.
Tokom proteklih decenija, istraživači su pokušavali da koriste sintetičke hidrogelove, klasu materijala bogatih vodom koji uključuju polimerne mreže, da bi replicirali strukture i svojstva prirodnih tetiva. Ostaje teško jer su sintetički hidrogelovi obično slabi i krhki. Rešavanje ove neusklađenosti omogućilo bi kritične primene u popravci tkiva, biomedicinskim robotima, implantabilnim uređajima i mnogim drugim tehnologijama.
Istraživački tim na čelu sa dr Lizhi Ksu sa Odseka za mašinstvo na Fakultetu inženjeringa na Univerzitetu u Hong Kongu (HKU) razvio je novi tip hidrogela koji oponaša tetive sa izvanrednim mehaničkim svojstvima koja odgovaraju onima prirodnih tetiva u kombinaciji sa multifunkcionalnosti za biomedicinske primene.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Science Advances, u članku pod naslovom „Multifunkcionalni hidrogelovi koji oponašaju tetive“. Istraživanje je takođe predstavljeno u Nature kao vrhunac istraživanja.
U ovoj studiji, aramidna nanovlakna izvedena od Kevlara, polimernog materijala koji se koristi u pancirima i šlemovima, pomešana su sa polivinil alkoholom, još jednim sintetičkim polimerom, za konstrukciju hidrogelova koji oponašaju tetive. Sa zateznim naprezanjem primenjenim tokom procesa proizvodnje, aramidna nanovlakna su poravnata jedno sa drugim u skladu sa smerom istezanja, što dovodi do anizotropne mreže koja oponaša strukturne karakteristike prirodnih tetiva.
Interakcije između čvrstih nanovlakna i mekih polimera dalje daju visoku mehaničku žilavost kompozitima. Ovaj hidrogel se sastoji od 60% vode dok pokazuje odličan Jangov modul od ~1 GPa i jačinu od ~80 MPa, nadmašujući druge sintetičke hidrogelove po redosledu veličine. Površina hidrogelova može se dalje funkcionalizovati za usmeravanje ponašanja ćelija ili integraciju sa mekim bioelektronskim senzorima.
„Razvili smo platformu za biomimetičke materijale za napredne biomedicinske primene. Materijali za građenje su uhvatili mnoge strukturne karakteristike prirodnih tetiva, što je dovelo do neverovatnih svojstava koja su nedostupna drugim sintetičkim hidrogelovima“, rekao je dr Ksu, dodajući da „ovi hidrogelovi nisu samo mehanički jak, ali i funkcionalizovan sa bioaktivnim molekulima i mekim elektronskim senzorima, pružajući kritične mogućnosti za popravku tkiva i medicinske uređaje za implantaciju.“
