To było niemałe wyzwanie dla zespołu naukowców z Uniwersytetu Johannesa Keplera w Linz:
powiązana zawartość
- Ślimaki inspirują super mocny klej do uszczelniania ran
- Nowy Superglue zgina małże
Czy mogą sprawić, że super klej będzie jeszcze bardziej super?
Naukowcy zmagali się ze szczególnie drażliwym problemem: jeśli chodzi o wiązanie materiałów z hydrożelami - miękkimi, miękkimi przedmiotami złożonymi z polimerów zawieszonych w wodzie - żaden klej nie był bardzo skuteczny. Jeśli hydrożel zostanie rozciągnięty, wiązanie stanie się kruche i rozpadnie się. (Wyobraź sobie próbę sklejenia ze sobą dwóch kostek Jell-O). Był to dylemat w rozwijających się dziedzinach „miękkiej” elektroniki i robotyki, które opierają się na hydrożelach.
Chociaż od wielu lat są używane do opatrywania ran lub miękkich soczewek kontaktowych, hydrożele stały się ostatnio kluczowym składnikiem wielu innowacyjnych produktów, od elektronicznych „band-Aids”, które mogą dostarczać lekarstwa, przez rozciągliwą elektronikę po małe, galaretowate roboty, które można wszczepić w ciało człowieka.
Naukowcy mogą przyczepiać hydrożele do innych obiektów za pomocą promieniowania ultrafioletowego, ale proces ten może potrwać nawet godzinę. To po prostu niezbyt wydajny, mówi Martin Kaltenbrunner, jeden z austriackich badaczy.
„To wypełnienie luki między miękkimi i twardymi materiałami jest naprawdę dużym wyzwaniem dla wszystkich w tej dziedzinie” - powiedział. „Naprawdę szukaliśmy szybkiego prototypowania, domowej metody łączenia hydrożeli z różnymi materiałami, która byłaby szybka i uniwersalna. To, co się tam wydarzyło, było zbyt niepraktyczne, aby można je było wdrożyć w naszych laboratoriach i używać na co dzień. ”
Zespół dużo myślał o tym, co może zadziałać. Ktoś zasugerował super klej. Dlaczego nie, ponieważ hydrożele to głównie woda, a super klej skleja rzeczy, ponieważ woda wywołuje reakcję.
Ale to nie było takie łatwe. Kiedy Kaltenbrunner i inni badacze próbowali użyć super kleju z półki, nie działało to zbyt dobrze. Gdy wyschnie, a hydrożel zostanie rozciągnięty, wiązanie ponownie pęka i nie działa.
Następnie ktoś wpadł na pomysł, aby dodać nierozpuszczalnik, który nie rozpuściłby się w kleju i uchroniłby go przed stwardnieniem. To mogłoby pomóc klejowi faktycznie rozproszyć się w hydrożelu.
I to, jak się okazało, była odpowiedzią.
Mieszanie cyjanoakrylanów - chemikaliów w superglue - z nierozpuszczalnikiem zapobiegało rozpuszczeniu się kleju, a gdy materiały zostały ściśnięte, klej dyfundował do zewnętrznych warstw hydrożelu. „Woda uruchamia polimeryzację cyjanoakrylanów” - wyjaśnił Kaltenbrunner - „i zaplątała się w łańcuchy polimerowe żelu, co prowadzi do bardzo mocnego wiązania”. Innymi słowy, klej był w stanie przedostać się pod powierzchnię hydrożel i łączą się z jego cząsteczkami, tworząc silne połączenie w ciągu kilku sekund.
Było jasne, że naukowcy byli przy czymś, kiedy związali kawałek hydrożelu z elastycznym, gumowym materiałem zwanym elastomerem. „Pierwszą rzeczą, którą rozpoznaliśmy - powiedział Kaltenbrunner - jest to, że więź była nadal przezroczysta i rozciągliwa. Wcześniej próbowaliśmy wielu innych metod, ale czasami okazuje się, że najprostszy jest najlepszy. ”
Oto ich film instruktażowy na temat klejenia hydrożelowego:
Naukowcy przetestowali swój nowy klej, tworząc pasek „skóry elektronicznej”, pasek hydrożelowy, na który przykleili akumulator, procesor i czujniki temperatury. Może dostarczać dane do smartfona za pośrednictwem połączenia bezprzewodowego.
Stworzyli również prototyp sztucznych kręgów, za pomocą których hydrożel został użyty do naprawy pogarszających się dysków w kręgosłupie. Zgodnie z raportem z badań, opublikowanym niedawno w Science Advances, za pomocą kleju kręgi można złożyć znacznie szybciej niż zwykle.
Kaltenbrunner powiedział, że widzi duży potencjał kleju w ramach „rewolucji miękkiej robotyki”. Może on na przykład zostać włączony do ulepszeń „octobota”, pierwszego autonomicznego, całkowicie miękkiego robota zaprezentowanego w zeszłym roku przez naukowców z Harvardu. Około wielkości dłoni octobot nie ma twardych elementów elektronicznych - baterii ani układów komputerowych. Zamiast tego nadtlenek wodoru oddziałuje z drobinkami platyny wewnątrz robota, który wytwarza gaz, który napompowuje i wygina macki oktobota, napędzając go przez wodę.
Na razie ruch ten jest w dużej mierze niekontrolowany, ale naukowcy mają nadzieję na dodanie czujników, które pozwolą mu manewrować w kierunku lub od obiektu. Właśnie tam nowy klej może się przydać.
Ale przyszłość nowego rodzaju superglue wciąż się kształtuje. Kaltenbrunner szacuje, że może upłynąć jeszcze trzy do pięciu lat, zanim będzie dostępny na rynku. Mimo to czuje się dość optymistycznie.
„Ponieważ nasza metoda jest łatwa do odtworzenia”, powiedział, „mamy nadzieję, że inni dołączą do nas w poszukiwaniu jeszcze większej liczby aplikacji”.
