Forskare har upptäckt en effektiv och lättanvänd metod för att binda samman geler och biologiska vävnader. Ett team av franska forskare har lyckats få mycket stark vidhäftning mellan två geler genom att sprida på deras yta en lösning som innehåller nanopartiklar. Tills nu, det fanns ingen helt tillfredsställande metod för att erhålla vidhäftning mellan två geler eller två biologiska vävnader. Publicerad online i Natur den 11 december 2013, detta arbete kan bana väg för många medicinska och industriella tillämpningar.

Geler är material som huvudsakligen består av en vätska, till exempel vatten, dispergerade i ett molekylärt nätverk som ger dem deras soliditet. Exempel på geler i vårt dagliga liv är många:gelatin som används i desserter, röda vinbärsgelé, kontaktlinser eller den absorberande delen av barnblöjor. Biologiska vävnader som hud, muskler och organ har starka likheter med geler men, tills nu, att limma dessa mjuka och hala vätskefyllda material med lim som normalt består av polymerer var en till synes omöjlig uppgift.

Leibler är känt för att ha uppfunnit helt originella material som kombinerar verkligt industriellt intresse med djupgående teoretiska koncept. Arbetet han utförde i samarbete med Alba Marcellan och deras kollegor vid Laboratoire Matière Molle et Chimie (CNRS/ESPCI ParisTech) och Laboratoire Physico-Chimie des Polymères et Milieux Dispersés (CNRS/UPMC/ESPCI ParisTech) har resulterat i en roman idé:limma ihop geler genom att sprida en lösning av nanopartiklar på deras yta.

Principen är följande:lösningens nanopartiklar binder till gelens molekylära nätverk, ett fenomen som kallas adsorption och, på samma gång, det molekylära nätverket binder samman partiklarna. På det här sättet, nanopartiklarna upprättar otaliga kopplingar mellan de två gelerna.

Med sina kollegor på Laboratoire Matière Molle et Chimie, han har utvecklat supramolekylära gummin som kan självläka genom enkel kontakt, efter att ha skurits i bitar. Han uppfann också en ny klass av organiska material som kallas vitrimerer. Reparationsbar och återvinningsbar, dessa material, som glas, kan formas efter önskemål och på ett vändbart sätt, medan de förblir olösliga, lätt och stark. Revolutionerande metod för att limma geler - och biologiska vävnader vidhäftningsprocessen tar bara några sekunder. Metoden kräver inte tillsats av polymerer och involverar ingen kemisk reaktion.

En vattenlösning av nanopartiklar av kiseldioxid, en förening som är lättillgänglig och allmänt använd inom industrin, särskilt som livsmedelstillsats, gör det möjligt att limma ihop alla typer av gel, även när de inte har samma konsistens eller samma mekaniska egenskaper. Förutom snabbheten och enkelheten att använda, adhesionen som tillhandahålls av nanopartiklarna är stark eftersom föreningspunkten ofta tål deformation bättre än själva gelén. Förutom att erbjuda utmärkt motståndskraft mot nedsänkning i vatten, vidhäftningen är också självreparerande:två delar som har lossnat kan flyttas om och limmas ihop igen utan att tillsätta nanopartiklar. Kiselnanopartiklar är inte de enda materialen som uppvisar dessa egenskaper. Forskarna har fått liknande resultat genom att använda nanokristaller av cellulosa och kolnanorör.

Till sist, för att illustrera potentialen för denna upptäckt inom området biologiska vävnader, forskarna limmade framgångsrikt ihop två bitar av kalvlever skurna med en skalpell med hjälp av en lösning av silikananopartiklar.

Denna upptäckt öppnar upp för nya tillämpningar och forskningsområden, särskilt inom det medicinska och veterinära området och särskilt inom kirurgi och regenerativ medicin. Det kan till exempel vara möjligt att använda denna metod för att limma ihop hud eller organ som genomgått ett snitt eller en djup skada. Denna metod kan dessutom vara av intresse för livsmedelsbearbetnings- och kosmetikaindustrin samt för tillverkare av proteser och medicintekniska produkter (bandage, plåster, hydrogeler, etc.).