Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

W laboratoriach Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego powstał samonaprawiający się hydrożel, który z pewnością znajdzie zastosowanie w medycynie, np. w funkcji szwów czy transporterów leków, oraz przemyśle. Na zasadzie zamka błyskawicznego żel wiąże się w ciągu zaledwie kilku sekund, w dodatku na tyle mocno, że wytrzyma wielokrotne rozciąganie.

Hydrożele powstają z łańcuchów polimeru. Ponieważ są galaretowate, przypominają tkanki miękkie. Wcześniej naukowcy nie potrafili uzyskać błyskawicznie samonaprawiających się żeli, co ograniczało ich zastosowania. Zespół Shyni Varghese poradził sobie z tym wyzwaniem, wykorzystując wolne łańcuchy boczne. Wystają one ze struktury pierwotnej (pierwszorzędowej) jak palce z dłoni i mogą się o siebie zaczepiać.

Samonaprawa to jedna z podstawowych właściwości tkanek żywych, która pozwala im przetrwać powtarzające się uszkodzenia. Nic więc dziwnego, że akademicy nie ustawali w próbach stworzenia sztucznego materiału o podobnych zdolnościach.

Podczas projektowania cząsteczek łańcuchów bocznych zespół korzystał z symulacji komputerowych. Ujawniły one, że zdolność hydrożelu do samonaprawy zależy od długości "palców". Kiedy w kwasowym roztworze umieszczano dwa cylindry z hydrożelu z łańcuchami bocznymi o optymalnej długości, natychmiast do siebie przywierały. Dalsze eksperymenty pokazały, że manipulując pH roztworu, kawałki hydrożelu można łatwo spajać (niskie pH) lub odłączać (wysokie pH). Proces wielokrotnie powtarzano, bez szkody dla siły związania.

Ameya Phadke, doktorantka z laboratorium Varghese, podkreśla, że elastyczność i wytrzymałość hydrożelu w kwaśnym środowisku, takim jak w żołądku, pozwala myśleć o tym materiale w kontekście łatania perforacji żołądka czy kontrolowanego dostarczania leków na wrzody.

Zespół uważa, że samonaprawiający się materiał można by wykorzystać w likwidowaniu przecieków kwasów z uszkodzonych pojemników. Gdy w plastikowym pojemniku wycięto otwór, hydrożel ją zatkał i zahamował wypływ kwasu.

W przyszłości Amerykanie zamierzają uzyskać hydrożele działające przy innych niż kwasowe wartościach pH.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.


  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chińscy naukowcy opracowali hydrożel, który skutecznie hamuje krwawienie z przebitej tętnicy.
      Na łamach Nature Communications opisano proces pozyskania hydrożelu oraz jego testy na zwierzętach.
      Niekontrolowane krwawienie jest niebezpieczną sytuacją zarówno w czasie operacji, jak i po doznaniu urazu. W większości przypadków jest ono wynikiem uszkodzenia głównej tętnicy albo jakiegoś narządu, np. wątroby. By ofiara nie zmarła, konieczne jest natychmiastowe działanie. Obecne leczenie polega na założeniu zacisku, a następnie szwów.
      W przeszłości naukowcy próbowali opracować kleje do takich ran, ale nie sprawowały się one tak dobrze, jak oczekiwano: albo były wyprodukowane z toksycznych materiałów, albo nie wytrzymywały wysokiego ciśnienia cieczy w krwiobiegu. Chińczycy uzyskali jednak ostatnio hydrożel, który rozwiązuje oba wymienione problemy.
      W założeniu hydrożel miał w jak największym stopniu przypominać budowę ludzkiej tkanki łącznej. Po oświetleniu ultrafioletem (UV) gęstnieje, przywierając do rany (w ten sposób zapobiega wypływaniu krwi). Wszystko to dzieje się w ciągu zaledwie 20-30 sekund. Naukowcy podkreślają, że nowy materiał wytrzymuje ciśnienie do 290 mmHg, a więc o wiele wyższe od normalnego.
      Hydrożel testowano na przebitej tętnicy szyjnej świni. Okazało się, że nie tylko zamknął on ranę, ale i umożliwił wygojenie rany. Testy przeprowadzone po 2 tygodniach wykazały niewielką martwicę i stan zapalny albo całkowity ich brak. Biokompatybilny materiał rozkładał się w organizmie, nie powodując skutków ubocznych.
      Hydrożel przetestowano także na króliku. Tutaj za jego pomocą naprawiono tętnicę udową oraz uszkodzenie wątroby.
      Naukowcy podkreślają, że przed testami na ludziach trzeba lepiej ocenić bezpieczeństwo nowego materiału.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z MIT-u stworzyli przypominającą galaretkę pigułkę, która po dotarciu do żołądka pęcznieje i osiąga wielkość piłeczki do ping-ponga. Elastyczna pigułka jest wyposażona w czujnik, który nieprzerwanie monitoruje temperaturę żołądka nawet przez 30 dni. W przyszłości sensory będą mogły mierzyć inne parametry, np. pH.
      Gdy pigułka ma być usunięta, pacjent musi wypić roztwór wapnia, pod wpływem którego skurczy się ona do pierwotnych rozmiarów. Potem zostaje bezpiecznie wydalona.
      Jak ujawniają autorzy artykułu z pisma Nature Communications, pigułka jest wykonana z 2 typów hydrożelu. Dzięki temu może ona szybko pęcznieć i jednocześnie być odporna na kwaśne środowisko żołądka.
      Ponieważ w pigułkach wykorzystano hydrożel, jest ona delikatniejsza, bardziej biokompatybilna i bardziej wytrzymała niż stosowane dotąd "połykalne" sensory, które albo mogły pozostawać w żołądku zaledwie parę dni, albo były o wiele sztywniejsze od tkanki układu pokarmowego.
      Spełnieniem marzeń jest galaretowata inteligentna pigułka, która po połknięciu pozostaje w żołądku i monitoruje stan zdrowia pacjenta przez długi czas, np. miesiąc - podkreśla prof. Xuanhe Zhao.
      Pęczniejące pigułki z MIT-u są inspirowane rozdymkami (przestraszone bądź zaatakowane ryby z tej rodziny zwiększają rozmiary ciała przez napompowanie wodą lub powietrzem).
      Obecnie, gdy ludzie próbują projektować pęczniejące żele, zazwyczaj wykorzystują dyfuzję, pozwalając, by woda stopniowo przenikała do hydrożelowej sieci. Osiągnięcie rozmiarów piłeczki pingpongowej zajmuje jednak godziny, a nawet dni. To znacznie przekracza czas opróżniania żołądka - opowiada Shaoting Lin.
      Zespół z MIT-u chciał więc stworzyć pigułkę hydrożelową, która "nadmucha się" o wiele prędzej, w tempie porównywalnym do zaskoczonej rozdymki.
      Owocem intensywnych prac jest galaretowata pigułka złożona z 2 hydrożelowych materiałów. W środku znajduje się rdzeń z poliakrylanu sodu, który potrafi wiązać znaczne ilości wody, do kilkuset razy więcej niż wynosi jego masa (jest on wykorzystywany w pieluszkach jednorazowych).
      Ponieważ Amerykanie zauważyli, że gdy pigułka jest zbudowana tylko z tego polimeru, w żołądku ulega szybkiemu rozkładowi, postanowili dodać 2. ochronną warstwę hydrożelową, która miała enkapsulować błyskawicznie pęczniejące cząstki. Jest ona zbudowana z krystalicznych nanołańcuchów, tworzących niemal nieprzenikalną warstwę.
      By przerwać tę błonę, trzeba by się przebić przez wiele krystalicznych domen. Dzięki temu hydrożel jest bardzo wytrzymały, a jednocześnie miękki - wyjaśnia Lin.
      Podczas testów zespół zanurzał pigułkę w różnych roztworach przypominających soki trawienne. Okazało się, że w ok. 15 min powiększała się ona 100-krotnie. Po napęcznieniu miała konsystencję tofu czy galaretki.
      By ocenić wytrzymałość pigułki, ściskano ją tysiące razy z siłą przekraczającą to, czego może doświadczyć podczas zwykłych skurczów żołądka.
      Okazało się, że nawet jeśli zrobimy w membranie drobne nacięcie, a później będziemy całość rozciągać i ściskać tysiące razy, rozcięcie się nie powiększy. Nasz dizajn jest bardzo wytrzymały.
      W dalszej kolejności ustalono, że roztwór z jonami wapnia (o stężeniu wyższym niż w przypadku mleka), może obkurczyć pigułkę.
      Na końcu Giovanni Traverso i Christoph Steiger wbudowali w kilka pigułek dostępne w handlu czujniki temperatury. Pigułki podano świniom, których przewód pokarmowy przypomina ludzki. Po ich wydobyciu z kału stwierdzono, że do 30 dni dokładnie monitorowały one wzorce aktywności zwierząt.
      Amerykanie sądzą, że w przyszłości taka hydrożelowa pigułka będzie dostarczać wiele różnych czujników, np. do monitorowania pH czy stwierdzania obecności bakterii i wirusów. Niewykluczone, że wbudowywane będą także minikamery do obrazowania guzów czy wrzodów. Zhao sugeruje, że pigułka mogłaby też stanowić wygodniejszą alternatywę dla balonu żołądkowego, stosowanego w leczeniu otyłości.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z Rutgers University opracowali drukowany w 3D inteligentny hydrożel, który "chodzi" pod wodą, chwyta różne obiekty i je przemieszcza.
      Naukowcy twierdzą, że może to doprowadzić do uzyskania przypominających morskie zwierzęta, np. ośmiornice, miękkich robotów, które przemieszczają się pod wodą. Wspominają też o sztucznym sercu, żołądku i innych mięśniach, a także urządzeniach diagnostycznych, wykrywających i dostarczających leki czy przeprowadzających podwodne inspekcje.
      Miękkie materiały są często tańsze w produkcji. W porównaniu do bardziej złożonych mechanicznie twardych urządzeń, te miękkie łatwiej zaprojektować, miniaturyzować i kontrolować.
      Nasz drukowany w 3D inteligentny żel ma duży potencjał w zakresie inżynierii biomedycznej, bo przypomina tkanki ludzkiego ciała, które także zawierają dużo wody i są bardzo miękkie. Oprócz tego można go wykorzystywać w wielu rodzajach podwodnych urządzeń [...] - opowiada Howon Lee.
      Badanie, którego wyniki ukazały się w piśmie ACS Applied Materials & Interfaces, koncentruje się na drukowanym hydrożelu, który po aktywowaniu prądem przemieszcza się i zmienia kształt.
      Hydrożel umieszcza się w elektrolicie. Za wywołanie ruchu - marsz do przodu, zmianę kierunku, chwytanie i przesuwanie obiektów - odpowiadają dwa przewodzące prąd druciki.
      Wydrukowany przez zespół Lee ludzik ma około cala (25,4 mm) wysokości. Prędkością przemieszczania się hydrożelu manipulowano, zmieniając jego wymiary (cieńszy rusza się szybciej). Zmiany kształtu zależą od stężenia roztworu i natężenia pola elektrycznego. Ponieważ miękki materiał zawiera ponad 70% wody i reaguje na stymulację elektryczną, wg Lee, przypomina mięśnie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy stworzyli wstrzykiwalne bandaże.
      Do uzyskania wstrzykiwalnych hydrożeli, które hamują wypływ krwi z naczyń i sprzyjają gojeniu ran, uwalniając leki, dr Akhilesh K. Gaharwar z Texas A&M University wykorzystał kappa karagen i nanokrzemiany.
      Wstrzykiwalne hydrożele to obiecujące materiały do uzyskiwania homeostazy w przypadku urazów wewnętrznych i krwawienia. Biomateriały te można bowiem wprowadzić do rany za pomocą minimalnie inwazyjnych procedur. Idealny wstrzykiwalny bandaż powinien twardnieć po wprowadzeniu do rany i sprzyjać naturalnej kaskadzie krzepnięcia. Dodatkowo, po osiągnięciu homeostazy, wstrzykiwalny bandaż powinien zapoczątkowywać gojenie.
      By uzyskać hydrożel, Amerykanie sięgnęli po często stosowany związek żelujący kappa karagen i zmieszali go z nanokrzemianami.
      Autorzy publikacji z pisma Acta Biomaterialia wyjaśniają, że nanokompozytowy usieciowany hydrożel jest wysoce porowaty. Dodatek nanokrzemianów zwiększa adsorpcję białek osocza i płytek oraz uruchamia kaskadę krzepnięcia.
      Odkryliśmy [...], że wstrzykiwalne bandaże wykazują przedłużone uwalnianie związków przydatnych do wspomagania gojenia ran. Ujemny ładunek powierzchniowy nanocząstek umożliwił elektrostatyczne oddziaływania z lekami, co przełożyło się na ich wolne wydzielanie - podsumowuje Giriraj Lokhande.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gdy w układzie scalonym dojdzie do uszkodzenia jednego z obwodów, cały układ przestaje prawidłowo działać. Na University of Illinois at Urbana-Champaign powstała technologia, dzięki której układ sam tak szybko naprawia uszkodzenia, iż użytkownik nawet nie zauważa, że coś było nie tak.
      Naukowcy pracujący pod kierunkiem profesorów Scotta White’a i Nancy Sottos opublikowali wyniki swoich badań w piśmie Advanced Materials.
      To upraszcza cały system. Zamiast budować obwody zapasowy czy wbudowywać w układ mechanizmy diagnostyczne, sam materiał został tak zaprojektowany, by rozwiązać problem - mówi profesor Jeffrey Moore.
      Już wcześniej uczeni z Illinois opracowali samonaprawiający się polimer. Teraz zastosowali zdobyte wówczas doświadczenia do stworzenia samonaprawiającego się systemu elektrycznego.
      Nowy materiał zawiera miniaturowe kapsułki umiejscowione na obwodzie. Gdy w układzie pojawi się pęknięcie,które dotrze do mikrokapsułek, wypływa z nich płynny metal, który wypełnia pęknięcia, przywracając funkcjonowanie obwodu.
      Podczas testów wykazano, że naprawa dokonywana jest w ciągu mikrosekund. Aż 90% testowanych układów odzyskało po uszkodzeniu 99% oryginalnej sprawności.
      Cały proces nie wymaga żadnej zewnętrznej interwencji ani przeprowadzania diagnostyki.
      Nowy system przyda się tam, gdzie nie można łatwo wymienić uszkodzonej części. Znajdzie zastosowanie np. w satelitach czy samolotach.
      Naukowcy będą teraz pracowali nad udoskonaleniem swojego systemu i znalezieniem dlań nowych zastosowań. Szczególnie interesuje ich perspektywa stworzenia samonaprawiających się baterii, co powinno zwiększyć żywotność i bezpieczeństwo użytkowania takich urządzeń.
×
×
  • Create New...