Hydrogeler är polymermaterial tillverkade mestadels av vatten. De kan användas i en mängd olika medicinska och andra applikationer. Dock, tidigare inkarnationer av materialen led av upprepad mekanisk påfrestning och skulle lätt bli deformerade. En ny kristall som reversibelt kan bildas och deformeras, tillåter hydrogeler att snabbt återhämta sig från mekanisk påfrestning. Detta öppnar upp användningen av sådana biokompatibla material inom artificiella leder och ledband.

Många av oss drabbas av sporadisk idrottsskada eller upplever någon form av smärta i samband med leder och ledband någon gång i livet. För allvarliga skador av detta slag, det finns ofta lite att göra för att reparera skadorna. Men en ny utveckling inom området vattenrika polymermaterial som kallas hydrogeler kan hitta vägen till operationssalen om cirka 10 år eller så. Och de borde stå emot samma mekaniska påfrestningar som våra naturliga leder och ligamentvävnader upplever också. De kallas självförstärkta geler.

"Problemet med befintliga hydrogeler är att de kan vara mekaniskt svaga och så behöver stärkas, "sade docent Koichi Mayumi från Institute for Solid State Physics vid University of Tokyo." Men tidigare metoder för att skärpa dem fungerar bara ett begränsat antal gånger, eller ibland bara en gång. Dessa geler återhämtar sig inte snabbt från påfrestningar som påverkan alls. Så vi tittade på andra material som visar stark återvinningsbarhet, som naturgummi. Med inspiration från dessa, Vi skapade en hydrogel som uppvisar gummiliknande seghet och återvinningsbarhet samtidigt som den bibehåller flexibiliteten. "

Tidigare exempel på härdade hydrogeler använder så kallade offerbindningar som bryts när de deformeras. Förstörelsen av offerbindningarna skulle skingra mekanisk energi och ge materialet styrka, men offerbanden skulle ta tid, ibland minuter, att återhämta sig. Och ibland återhämtade de sig inte alls.

I kontrast, Mayumi och hans team introducerade kristaller som samlas i stela former under belastning, men återgår mycket snabbt till gelatillstånd när stammen släpps. Med andra ord, den totala hydrogeln är extremt flexibel i vila men stärker stötarna, ungefär som naturligt gummi gör. De kristallina strukturerna består av polyetylenglykol (PEG) kedjor bundna av hydroxipropyl-a-cyklodextrin (HPαCD) ringar i en vattenbaserad hydrogel.

"Eftersom hydrogeler är över 50% vatten, de anses vara mycket biokompatibla, avgörande för medicinska tillämpningar, "sa Mayumi." Nästa steg i forskningen för oss är att prova olika arrangemang av molekyler. Om vi ​​kan förenkla de strukturer vi använder, då kan vi sänka kostnaden för material som också kommer att hjälpa till att påskynda antagandet av dem av den medicinska industrin. "