Hydrogel husker sin form

(Phys.org)-Lidt minder om Terminator T-1000, et nyt materiale skabt af Cornell -forskere er så blødt, at det kan flyde som en væske og derefter, mærkeligt, vende tilbage til sin oprindelige form.

Frem for flydende metal, det er en hydrogel, et net af organiske molekyler med mange små tomme rum, der kan absorbere vand som en svamp. Det kvalificerer sig som et "metamateriale" med egenskaber, der ikke findes i naturen, og kan være det første organiske metamateriale med mekaniske meta-egenskaber.

Hydrogels er allerede blevet overvejet til brug ved lægemiddeltilførsel - mellemrummene kan fyldes med lægemidler, der langsomt frigives, når gelen nedbrydes - og som rammer for genopbygning af væv. Evnen til at danne en gel til en ønsket form udvider mulighederne yderligere. For eksempel, en gel-infunderet gel kunne dannes, så den nøjagtigt passer til rummet inde i et sår.

Dan Luo, professor i biologi og miljøteknik, og kolleger beskriver deres oprettelse i tidsskriftet 2. december Naturnanoteknologi .

Den nye hydrogel er lavet af syntetisk DNA. Ud over at være de ting, generne er lavet af, DNA kan fungere som en byggesten til selvsamlende materialer. Enkelt DNA -tråde låses fast på andre enkeltstande, der har komplementær kodning, som små organiske legoer. Ved at syntetisere DNA med omhyggeligt arrangerede komplementære sektioner oprettede Luos forskerhold tidligere korte stativer, der forbinder til former som kryds eller Y'er, som igen slutter sig til enderne for at danne netlignende strukturer for at danne den første succesrige all-DNA-hydrogel. Prøver en ny tilgang, de blandede syntetisk DNA med enzymer, der får DNA til at replikere sig selv og udvide sig til lange kæder, at lave en hydrogel uden DNA -bindinger.

"Under denne proces vikles de sammen, og sammenfiltringen producerer et 3D-netværk, "Luo forklarede. Men resultatet var ikke, hvad de havde forventet:Hydrogelen, de lavede, flyder som en væske, men når den placeres i vand, vender den tilbage til formen af ​​beholderen, hvor den blev dannet.

"Dette var ikke af design, "Sagde Luo.

Undersøgelse under et elektronmikroskop viser, at materialet består af en masse små sfæriske "fuglereder" af sammenfiltret DNA, omkring 1 mikron (milliontedel af en meter) i diameter, yderligere viklet ind i hinanden af ​​længere DNA -kæder. Det opfører sig noget som en masse gummibånd limet sammen:Det har en iboende form, men kan strækkes og deformeres.

Præcis hvordan dette fungerer, bliver "stadig undersøgt, "sagde forskerne, men de teoretiserer, at de elastiske kræfter, der holder formen, er så svage, at en kombination af overfladespænding og tyngdekraft overvinder dem; gelen hænger bare ned i en løs klat. Men når det er nedsænket i vand, overfladespænding er næsten nul - der er vand inde og ude - og opdriften annullerer tyngdekraften.

For at demonstrere effekten, forskerne skabte hydrogeler i forme formet som bogstaverne D, N og A. Hældt ud af formene, gelerne blev amorfe væsker, men i vand forvandlede de sig tilbage til bogstaverne. Som en mulig ansøgning, teamet oprettede en vandaktiveret switch. De lavede en kort cylindrisk gel infunderet med metalpartikler placeret i et isoleret rør mellem to elektriske kontakter. I flydende form når gelen begge ender af røret og danner et kredsløb. Når vand tilsættes. gelen vender tilbage til sin kortere form, der ikke når begge ender. (Forsøget udføres med destilleret vand, der ikke leder elektricitet.)

DNA'et, der bruges i dette arbejde, har en tilfældig sekvens, og kun lejlighedsvis krydsbinding blev observeret, Sagde Luo. Ved at designe DNA'et til at forbinde på særlige måder håber han at kunne justere egenskaberne for den nye hydrogel.