การเลิกราไม่ทำให้ไฮโดรเจลลดลง

การดึงตัวเองกลับมาคืนดีกันอีกครั้งหลังจากการเลิกราอาจทำได้ยาก แต่ไฮโดรเจลใหม่ไม่มีปัญหา นักวิทยาศาสตร์ใช้มากกว่าน้ำ ดินเหนียว และสารประกอบใหม่ที่ได้รับการออกแบบเพียงเล็กน้อย นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างเจลที่ขึ้นรูปได้ ซึ่งมีทั้งความแข็งแกร่งและสามารถสมานตัวเองได้ในไม่กี่วินาทีเมื่อแยกออกเป็นสองส่วน เจลอาจพัฒนาความพยายามในด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อและเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมBEND ME, BREAK ME การใช้เทคนิคง่ายๆ นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างเจลที่ขึ้นรูปได้ซึ่งมีความแข็งแรงเหนือกว่า และอาจนำไปสู่เส้นทางใหม่ๆ ในการสร้างเนื้อเยื่อเทียม

ต.ไอด้า

เรื่องราวเบื้องหลัง: ไฮโดรเจลสำหรับร่างกาย

จากซ้าย: KATHY F. ATKINSON/UNIV. แห่งเดลาแวร์; ภาพจอร์เจียเทค: GARY MEEK; ห้องปฏิบัติการวิศวกรรมชีวโมเลกุล/มหาวิทยาลัยคอร์เนล; JANEPS / ISTOCKPHOTO

ไฮโดรเจลชนิดใหม่นี้มีความแข็งแรงมากกว่าวัสดุรักษาตัวเองที่อ่อนนุ่มกว่า 50 เท่า นักวิจัยที่นำโดยทาคุโซ ไอดะ จากรายงานของมหาวิทยาลัยโตเกียว เมื่อวันที่ 21 มกราคมธรรมชาติ สารดังกล่าวเหมาะสำหรับร่างกาย เป็นน้ำร้อยละ 95 วันหนึ่ง ไฮโดรเจลอาจทำหน้าที่เป็นโครงสำหรับปลูกเนื้อเยื่อใหม่ เป็นเมทริกซ์สำหรับเก็บยาในพื้นที่เป้าหมายหรือทดแทนกระดูกอ่อนที่เสียหาย เจลชนิดใหม่นี้ไม่เหมือนกับวัสดุที่คล้ายคลึงกัน ทำได้รวดเร็วและค่อนข้างง่าย

ผลงานชิ้นนี้ได้เพิ่ม “สาขาวัสดุที่กำลังเติบโตด้วยคุณสมบัติพิเศษที่ไม่สามารถจินตนาการได้” ก่อนหน้านี้ วิศวกรเคมี J. Zach Hilt แห่งมหาวิทยาลัย Kentucky ในเมืองเล็กซิงตันให้ความเห็น

ตามหลักการแล้ว ไฮโดรเจลจะแข็งแรงและสามารถรักษาตัวเองได้ แต่นักวิทยาศาสตร์ต้องเผชิญกับการประนีประนอมเมื่อพยายามสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติทั้งสองอย่าง

วัสดุที่แข็งแรงมักมีพันธะโควาเลนต์ แต่พันธะเหล่านี้ทำให้วัสดุเปราะ 

เมื่อตัดหรือหัก ขอบจะประกอบใหม่ไม่ได้ง่ายๆ ซึ่งหมายความว่าวัสดุที่แข็งแรงที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ เช่น สีที่ซ่อมแซมรอยขีดข่วน จะต้องอาศัยแคปซูลที่ฝังอยู่หรือเทคนิคอื่นๆ ในการซ่อม ตัวอย่างเช่น โพลีเมอร์อาจถูกพันด้วยท่อบาง ๆ ที่เปิดออกและ “เลือดออก” เมื่อสารเสียหาย รักษาบาดแผล เทคนิคเหล่านี้ใช้ได้กับสิ่งต่างๆ เช่น เคาน์เตอร์ แต่ไม่เหมาะกับร่างกาย

วัสดุรักษาตัวเองที่นุ่มกว่ามักจะไม่แข็งแรง วัสดุเหล่านี้มักจะมีพันธะไฮโดรเจน ซึ่งอ่อนกว่าพันธะโควาเลนต์

นักวิจัยได้เข้าใกล้สิ่งที่ยากขึ้นอีกก้าว แต่ยังละเอียดอ่อนพอที่จะซ่อมแซมตัวเองด้วยไฮโดรเจลตัวใหม่ ส่วนผสมของมันถูกยึดเข้าด้วยกันโดยแรงที่ไม่เป็นโควาเลนต์ – พันธะไฮโดรเจนและแรงไฟฟ้าสถิต ซึ่งค่อนข้างอ่อนเช่นกัน – แต่ก็มีความทนทานอย่างน่าประหลาดใจ Hilt กล่าว

“มันไม่ใช่แค่เจลที่ไม่มีสารโควาเลนต์” เขากล่าว “แต่เป็นเจลที่มีความแข็งแรงเชิงกลอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน”

เคล็ดลับสู่ความสำเร็จของเจลคือวัสดุที่รวมทุกอย่างเข้าด้วยกัน ซึ่งเป็นสารประกอบที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งผู้ร่วมวิจัย Justin Mynar และเพื่อนร่วมงานของเขาเรียกว่า G Binder

ในการทำไฮโดรเจล ทีมงานได้เติมดินเหนียวขนาดเล็กลงในน้ำ ขอบของจานดินเหนียวมีประจุบวกเล็กน้อย แต่พื้นผิวเรียบของพวกมันมีประจุลบเล็กน้อย Mynar อธิบาย ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ เพื่อป้องกันไม่ให้ดิสก์จับตัวเป็นก้อน ทีมงานได้เพิ่มโซเดียมโพลีอะคริเลตเล็กน้อย ซึ่งช่วยกระจายดิสก์ด้วยการพันรอบขอบที่มีประจุบวก หลังจากเขย่าสารละลายไม่กี่นาที ทีมเพิ่ม G Binder และเขย่าอีก

โดยปกติ โมเลกุลที่เป็นเส้นใยจะถูกเติมในขั้นตอนนี้เนื่องจากพวกมันพันกันและให้การสนับสนุนที่เติมไฮโดรเจล แต่เส้นใยเหล่านี้ไม่ได้ออกแบบมาให้ยึดติดกับส่วนผสมของเจล สารยึดเกาะ G ทำพันธะอย่างแข็งขัน ผ่านพันธะไฮโดรเจนและแรงไฟฟ้าสถิต และที่ตำแหน่งต่างๆ มันถูกออกแบบด้วยปลายกิ่งที่มีประจุบวกและแวววาวบนพื้นผิวที่มีประจุลบของดินเหนียว และทาดา! – มีเจลแข็ง

“มันแข็งแกร่งกว่า Jell-O ที่แข็งแกร่งมาก” Mynar กล่าว “ยากมากที่จะหักด้วยนิ้วของคุณ”

สารยึดเกาะ G สร้างขึ้นจากสายโซ่ยาวของโพลีเอทิลีนไกลคอล ซึ่งเป็นสารเคมีลูกพี่ลูกน้องของสารป้องกันการแข็งตัวซึ่งมีความเป็นพิษต่ำ และใช้ในครีมบำรุงผิว สารหล่อลื่น และยาระบาย ที่ปลายโซ่ Mynar ได้สร้างกิ่งก้านหลายกิ่งที่มีกัวนิดีนเนียม ซึ่งเป็นสารเคมีที่เกี่ยวข้องกับอาร์จินีนซึ่งเป็นกรดอะมิโน

สารยึดเกาะ G ไม่เพียงแต่ให้ความแข็งแรง แต่ยังช่วยให้เจลมีความสามารถในการเด้งกลับจากความเครียดและช่วยรักษาให้หาย การฟื้นตัวอย่างรวดเร็วนี้น่าจะเกิดจากแขนที่แตกแขนงของสารยึดเกาะ ซึ่งสามารถค้นหาและขัดขวางแผ่นดินเหนียวที่อยู่ใกล้เคียงได้อย่างรวดเร็ว Mynar กล่าว “มันเหมือนกับปลาหมึก คุณอาจหนีจากแขนแรกได้ แต่ตัวอื่นๆ จะพาคุณไป” 

แม้ว่าส่วนผสมทั้งหมดของไฮโดรเจลจะยังไม่ได้รับการทดสอบความเป็นพิษ แต่ดูเหมือนว่าเจลจะเป็นมิตรกับโมเลกุลที่มีความสำคัญทางชีววิทยา เมื่อนักวิทยาศาสตร์เตรียมเจลจากสารละลายที่มีโปรตีน myoglobin ซึ่งนำออกซิเจนไปยังเซลล์กล้ามเนื้อ โปรตีนจะคงรูปร่างไว้เป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ นักวิจัยรายงานเมื่อปิดล้อมด้วยเจล myoglobin ยังคงมีกิจกรรม 70 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับ myoglobin ฟรี เนื่องจากความนุ่มนวลของเจลจึงสามารถฉีดเจลเข้าไปในร่างกายด้วยเข็มฉีดยาได้

แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง