Создан самовосстанавливающийся гидрогель для 3d-печати

Однако при использовании новой разработки в прикладных проектах (робототехника, искусственная человеческая кожа и т.д.), следует обеспечить другие свойства материала, помимо самовосстановления. В частности, речь идет о его электрической проводимости, реализация которой оставалась серьезной проблемой.

До сих пор большинство самовосстанавливающихся материалов были созданы таким образом, чтобы восстановление проходило в ответ на внешние раздражители вроде света, температуры и электричества. Зависимые системы самовосстановления отличаются от живых тканей как раз тем, что для исцеления самих себя, им требуется вмешательство с внешнего мира. Цель современных исследований состоит в том, чтобы создать материалы, способные восстанавливаться без какой-либо помощи. Уже созданы автономные самовосстанавливающиеся материалы, обладающие свойством электропроводности, но им не удалось хорошо зарекомендовать себя из-за отсутствия свойств эластичности, должного уровня чувствительности и объемной электропроводности.

Однако группе исследователей из университета Манитобы удалось разработать новый метод создания самовосстанавливающихся материалов, благодаря которому они стали механически стабильными, получили свойство проводимости и возможность автономного восстановления. Исследование было опубликовано в статье «Многофункциональные автономные проводящие самовосстанавливающиеся гидрогели с чувствительностью к давлению, растяжимостью и возможность 3d-печати». Ученые объясняют, что в новом методе используются поперечные химические и физические связи.

Как сообщается в статье, автономное самовосстановление гидрогеля достигается за счет динамических ионных взаимодействий между карбоксильными группами полиакриловой кислоты и ионами трехвалентного железа. Для поддержания механической структуры гидрогеля используются ковалентная сшиваемость. Соблюдение баланса между физической и химической сшиваемостью, а также проводящая наноструктура полипирольных сетей, позволили создать гидрогель с 3d-проводимостью, механическими и электрическими свойствами самовосстановления (100% механическое восстановление через 2 мин), сверхрастяжением (1500%) и чувствительностью к давлению.

Гидрогель создается в 2 этапа. Полипирол (PPY) связан двойной связью с декорированным хизотаном (DCh), который формирует PPy-содержащий хизотан (DCh-PPy). Мономеры акриловой кислоты (AA) полимеризуются в PPy-содержащем хизотане с помощью ионов железа, которые продуцируют гидрогель. Автономная возможность самовосстановления реализована благодаря обратимым ионным взаимодействиям AA и DCh-PPy.

Исследователи утверждают, что их материал способен полностью восстановить себя в течение 2 минут, а для восстановления 90% электрических свойств понадобится всего полминуты и не понадобится никаких внешних вмешательств. По словам разработчиков, автономная способность к самовосстановлению делает гидрогель идеальным для 3d-печати материалом, среди потенциальных сфер применения которого – робототехника, боимиметические протезы и системы мониторинга состояния здоровья.

«Практический потенциал CSH-гидрогелей касается не только их применения в объемной печати, но и в технологиях опознавания движения», – добавляют исследователи.