هیدروژل‌هایی که خشک نمی‌شوند

محققان دانشگاه MIT اخیرا موفق به یافتن روش‌هایی برای جلوگیری از خشک شدن هیدروژل‌ها شدند تا با این تکنیک بتوانند لنزهای تماسی تولید کنند که در اثر دور ماندن از محیط مرطوب و به مدت طولانی، خشک نشوند.

کد خبر: ۱۱۵۱۹۶

تاریخ: ۱۹ تير ۱۳۹۵ - ۱۴:۲۶

به گزارش ایران اکونومست به نقل  از پایگاه اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، در نظر بگیرید که یک قالب از ژله خوراکی را بر روی یک بشقاب گذاشته و برای مدتی نه چندان طولانی بر روی پیشخوان آشپزخانه قرار دهید آنچه بعد از یک یا دو روز مشاهده می کنید این است که تمام آب ژله تبخیر شده و دیگر هیچ اثری از این ماده شیرین خوراکی وجود ندارد. این پدیده در هیدروژل‌هایی که بخش اعظم ساختار آن از آب تشکیل می شود نیز به صورت مشابه اتفاق می افتد.
اما محققان دانشگاه MIT، اخیرا موفق به یافتن روش‌هایی برای جلوگیری از خشک شدن این هیدروژل‌ها شدند تا با این تکنیک بتوانند لنزهای تماسی تولید کنند که در اثر دور ماندن از محیط مرطوب و به مدت طولانی، خشک نشوند. علاوه بر این، بتوانند با استفاده از این ژل های خشک نشدنی، دستگاه‌های میکرو سیال چسبناک، بیو الکترونیک‌های انعطاف پذیر و حتی پوست‌های مصنوعی را طراحی و تولید کنند.
از این رو روشی برای اتصال قوی هیدروژل‌ها به مواد الاستیکی ابداع کردند. پلیمرهای الاستومتر همچون لاستیک و سیلیکون، مانند هیدروژل‌ها چسبنده هستند اما نسبت به آب نفوذ ناپذیرند و نمی توانند آب را جذب کنند. بنابراین در صورتی که پوشش‌های هیدروژل با یک لایه نازک از مواد الاستیکی پوشانده شوند، این پوشش یک مانع برای به دام انداختن آب ایجاد می‌کند و ژل را مرطوب، انعطاف پذیر و محکم نگه می دارد. نتایج این تحقیق که در مجله Nature Communications منتشر شده است حاکی از الهام محققان برای طراحی هیدروژل ها طبق مشخصاتی از پوست انسان است. در پوست طبیعی، یک لایه پوست خارجی به نام 'اپیدرمی' روی یک لایه از عروق داخلی به نام 'درمی' قرار می گیرد. اپیدرم همچون یک سپر محافظ است و از عروق و شبکه اعصاب به خوبی مراقبت می‌کند. همچنان که می‌تواند از خشک شدن ماهیچه‌ها، عضلات و اندام‌های داخلی بدن جلوگیری کند.
اما چالشی که در طراحی و ساخت این هیدروژل‌های الهام گرفته از پوست انسان، وجود داشت مقاومت مواد الاستومتر برای ترکیب با هیدروژل‌ها بود. بیشتر الاستومترها آب گریز هستند و عملا با هیدروژل که مقدار زیادی آب در ساختار آن وجود دارد، تمایلی به تشکیل ترکیب ندارند. از این رو باید از یک عامل شیمیایی خارجی برای تشکیل پیوند بین این دو ماده استفاده می شد که بنزو فنون نام داشت و از طریق اشعه UV فعال می شود. بعد از فرو بردن یک ورق نازک از الاستومترها در داخل محلول بنزو فنون، این ماده را با صفحه ای از هیدروژل محصور کردند و سپس مجموعه را تحت تابش اشعه UV قرار دادند. بعد از گذشت 48 ساعت در محیط خشک آزمایشگاهی، محققان دریافتند که وزن مواد هیبریدی تغییری نکرده است و هیدروژل به اندازه کافی مرطوب مانده است.
از طرف دیگر باید گفت که نیروی مورد نیاز برای جدا کردن اپیدرم (ماده الاستیکی) از درم( هیدروژل) مصنوعی و ساخته شده، 1000 ژول بر متر مربع یا حتی مقداری بالاتر بود. این نیرو بسیار بیشتر از نیروی لازم برای جدا کردن این دو لایه در پوست طبیعی است به علاوه که این مواد را می توان تا 7 برابر طول اولیه خود کشید بدون اینکه به باندهایشان آسیبی برسد.
این گروه تحقیقاتی، در آزمایشات آینده خود درصدد ایجاد یک میکرو سیال چسبنده به عنوان پانسمان و برای انتقال مستقیم دارو از طریق پوست هستند.
از نتایج این پژوهش به وضوح بر می آید که لنزهای چشمی، که یکی از پر هزینه ترین و حساس ترین ابزارهای پزشکی هستند، می توانند با این روش بدون هیچ مایع نگه دارنده ای مدت ها مرطوب باقی بمانند و از طرف دیگر با قرار گرفتن آنها در داخل چشم به مدت زمان طولانی، بافت چشم آسیبی نخواهد دید و رطوبت به اندازه کافی در محیط چشم فراهم خواهد بود.
از طرف دیگر بافت های فرسوده یا از دست رفته ی پوست که عموما در جراحات رانندگی و آتش سوزی ایجاد می شوند نیز با کمک چنین پوست های مصنوعی ترمیم شده و تا میزان زیادی این آسیب ها را می پوشانند.