Ученые разработали новый метод соединения эластомеров и гидрогелей, который можно применять вместе с различными методами производства, к примеру, в 3D-печати. Исследователи предложили при полимеризации внедрять в структуру каждого вещества специальные добавки, которые соединяются между собой не сразу, а через некоторое время, которое можно регулировать сразу несколькими способами, сообщается в журнале Nature Communications.
Ученые, разрабатывающие мягкие электронные медицинские устройства, нередко применяют в них материалы разных типов, которые несут в конструкции разные функции. К примеру, нередко они объединяют в таких устройствах не проводящие ток прочные эластичные полимеры и электропроводные гидрогели. Существуют разные методы соединения этих типов материалов, но большинство из них имеет серьезные недостатки, к примеру, они требуют определенной последовательности этапов постройки, из-за чего для создания таких изделий подходят далеко не все методы производства.
Исследователи под руководством Чжигана Со (Zhigang Suo) из Гарвардского университета разработали новый способ соединять гидрофобные эластомеры и гидрогели, который подходит для разных методов производства и последовательностей присоединения. Для этого ученые предложили добавлять в прекурсоры гидрогеля и эластомера силаны (соединения кремния и водорода), которые служат соединительными агентами. Во время полимеризации прекурсоров эти соединения встраиваются в полимерные цепочки эластомера и гидрогеля.
Силановые фрагменты соединяются между собой не во время затвердевания полимера и гидрогеля, а после этого. Изначально на концах силановых групп присоединены органические группы. Во время соединения эластомера с гидрогелем вода из него замещает органические группы на водород и, таким образом, создает силанольные группы, которые соединяются между собой и скрепляют два разных полимера. Особенность предложенной методики заключается в том, что кинетика соединения силанольных групп зависит от pH, температуры, а также присутствия в исходном материале для создания гидрогеля поверхностно активных веществ. Изменяя эти параметры можно регулировать и соединение двух материалов.
Ученые показали несколько вариантов применения методики. К примеру, помимо обычного соединения они продемонстрировали создание морщинистой поверхности. Для этого перед присоединением они предварительно растянули гидрогель и только после этого присоединили его к эластомеру. После этого гидрогель вернул свою форму и заставил поверхность полученного материала периодически изгибаться.
В прошлом году ученые создали структурно-окрашенный гидрогель с обратимыми связями. За счет этого такой материал можно разрезать на две части и и совместить обратно, после чего часть связей в материале восстановится и два фрагмента склеятся в единое целое.
Обсуждение