Mikroreservoarerna av lipidvesiklar i huvuddelen av hydrogelen, som ses av scanningelektronmikroskopi när gelén spricker vid låga temperaturer för att exponera en inre yta. Kredit:Lin et al., Vetenskap (2020)
Ett team av forskare vid Weizmann Institute of Science i Israel har utvecklat en lipidbaserad gränssmord hydrogel som är halare än vattenbaserade hydrogeler. I deras papper publicerad i tidskriften Vetenskap , gruppen beskriver sin inspiration till den nya typen av hydrogel och hur väl den presterade när den testades. Tannin Schmidt med University of Connecticut Health Center's School of Dental Medicine har publicerat ett Perspective-stycke i samma tidskriftsnummer som beskriver teamets arbete med denna nya ansträngning och föreslår möjliga användningsområden för det.
Hydrogeler används i en mängd olika applikationer, inklusive biomedicinska (inklusive dentala), tekniska och applikationsspecifika sensorer (som ett anoskop, används för anala undersökningar). En av deras främsta drag är deras hala, vilket minskar friktionen mellan delarna—friktionsreducering minskar slitage. Och som Schmidt noterar, de flesta hydrogeler görs hala av vätskor som är fångade i ett basmaterial. I denna nya ansträngning, forskarna började med vetskapen om att smörjmedlet som produceras av djur för att förhindra friktion mellan leder (som finns i brosk) är lipidbaserat. Det gör att de flesta människor kan leva i flera decennier utan gemensam nedbrytning. Inspirerad av naturens design, forskarna försökte replikera sådana smörjmedel och även att replikera mekanismen som håller halkan på plats. Hos djur, smörjmedlet måste bytas ut hela tiden eftersom det förlorar sin effektivitet.
En utökad version av två av de många mikroreservoarerna som vi sett, som visar de ungefär sfäriska liposomerna vars membran är ett lipiddubbelskikt. Kredit:Lin et al., Vetenskap (2020)
Mekanismen designad av teamet i Israel involverade att införliva små mängder fosfatidylkolinlipider i en vattenbaserad hydrogel, där lipiderna migrerar utan hjälp till den yttre ytan av hydrogelen - vilket bara gör ytan halare. Lipiderna fortsätter att migrera till den yttre ytan när de på ytan är utslitna eller förlorade, vilket ger ett långvarigt smörjmedel.
Visar en slående effekt av den mycket effektiva smörjningen:hydrogelskivor komprimeras av en stålkula under en belastning på 5 kg, som sedan gnuggas fram och tillbaka på dem. När lipider tillsätts till gelén för att smörja den, som på bilden till vänster, sedan, även efter en timmes glidning fram och tillbaka, är det knappast någon förändring i gelén eftersom friktionen är så låg. Kredit:Lin et al., Vetenskap (2020)
När forskarna testade sin lipidbaserade hydrogel mot vattenbaserade hydrogeler, de tyckte att det var mycket halare med 100 procent. Det resulterade i mindre slitage på biomedicinska applikationer som krävde minskad friktion. De fann också att deras hydrogel skulle behålla sina speciella egenskaper även efter att ha torkats och återhydrerats. Schmidt föreslår att den nya hydrogelen kan användas i en mängd olika medicinska och biologiska tillämpningar.
© 2020 Science X Network
