Biokompatible hydrogelmaterialer kan hurtigt komme sig efter mekanisk belastning

Hydrogeler er polymermaterialer fremstillet for det meste af vand. De kan bruges i en bred vifte af medicinske og andre applikationer. Imidlertid, tidligere inkarnationer af materialerne led af gentagne mekaniske belastninger og ville let blive deformeret. En ny krystal, der reversibelt kan dannes og deformeres, gør det muligt for hydrogeler at komme sig hurtigt efter mekanisk stress. Dette åbner op for brugen af ​​sådanne biokompatible materialer inden for kunstige led og ledbånd.

Mange af os lider lejlighedsvis sportsskade eller oplever en form for smerte i forbindelse med led og ledbånd på et tidspunkt i vores liv. Ved alvorlige skader af denne art, der er ofte lidt, der kan gøres for at reparere skaden. Men en ny udvikling inden for vandrige polymermaterialer kendt som hydrogeler kunne finde vej til operationsstuen om cirka 10 år eller deromkring. Og de bør modstå de samme mekaniske belastninger, som vores naturlige led- og ledbåndsvæv også oplever. De kaldes selvforstærkede geler.

"Problemet med eksisterende hydrogeler er, at de kan være mekanisk svage og derfor har brug for styrkelse, " sagde lektor Koichi Mayumi fra Institute for Solid State Physics ved University of Tokyo. "Men, tidligere metoder til at skærpe dem op virker kun et begrænset antal gange, eller nogle gange bare én gang. Disse geler genopretter slet ikke hurtigt fra belastninger såsom påvirkninger. Så vi kiggede på andre materialer, der viser en stærk genvindbarhed, såsom naturgummi. Med inspiration fra disse, vi skabte en hydrogel, der udviser gummilignende sejhed og genvindelighed, samtidig med at fleksibiliteten bevares."

Tidligere eksempler på hærdede hydrogeler bruger såkaldte offerbindinger, som knækker, når de deformeres. Ødelæggelsen af ​​offerbindingerne ville sprede mekanisk energi, hvilket giver materialet styrke, men offerbåndene ville tage tid, nogle gange minutter, at komme sig. Og nogle gange ville de slet ikke komme sig.

I modsætning, Mayumi og hans team introducerede krystaller, der samles i stive former under belastning, men vender meget hurtigt tilbage til en gel -tilstand, når stammen frigives. Med andre ord, den samlede hydrogel er ekstremt fleksibel i hvile, men strammer ved stød, ligesom naturgummi gør. De krystallinske strukturer er sammensat af polyethylenglycol (PEG) kæder bundet af hydroxypropyl-α-cyclodextrin (HPαCD) ringe i en vandbaseret hydrogel.

"Da hydrogeler er over 50 % vand, de anses for meget biokompatible, afgørende for medicinske anvendelser, " sagde Mayumi. "Den næste fase af forskningen for os er at prøve forskellige arrangementer af molekyler. Hvis vi kan forenkle de strukturer, vi bruger, så kan vi reducere omkostningerne til materialer, hvilket også vil hjælpe med at fremskynde adoptionen af ​​dem i den medicinske industri."