Гидрогели представляют собой мягкие сети полимеров с высоким содержанием воды, например желе. Благодаря своей мягкой нежной текстуре они могут безопасно взаимодействовать с живыми тканями и находить применение в ряде медицинских областей, включая тканевую инженерию. Ли, доцент кафедры биомедицинской инженерии, хотел создать гидрогель, который бы не сидел на месте.
«Гидрогели, которые могут изменять форму по команде, могут быть использованы для доставки фармацевтических препаратов», — сказал он. "Мы взяли гидрогель и превратили его в исполнительный механизм: что-то, что может изменять форму или двигаться, возможно, открыв дверь для лекарства и выпустив его наружу."
Чтобы сделать свой подвижный гидрогель, Ли позаимствовал химический состав белков, которые мидии используют для закрепления на влажных камнях. Компонент этого белка, ДОФА (для 3,4-дигидроксифенилаланина), обладает необычными свойствами, присущими его химическому родственнику, дофамину, и именно дофамин Ли включил в свой гидрогель.
Он начал с насыщенного дофамином гидрогеля в форме толстой короткой жевательной резинки.
Затем он положил на него железный стержень в трех местах, каждый раз пропуская заряд через стержень, чтобы высвободить ионы железа на поверхность гидрогеля. Наконец, он поднял pH гидрогеля.
Гидрогель двигался сам по себе, изгибаясь, как дюймовый червь, в том месте, где были отложены ионы.
Ли объясняет: при кислом pH только одна боковая цепь в молекулах дофамина присоединяется к ионам железа. «Но если вы повысите pH, три боковые цепи дофамина сходятся, чтобы захватить один ион», — сказал он. "Это заставляет все молекулы собраться вместе, поэтому гидрогель сжимается в этом месте, заставляя его изгибаться там, где находятся ионы."
Гидрогель можно запрограммировать на принятие любых форм, изменяя расположение ионов, состав гидрогеля и напряжение. Вы также можете удалить ионы и повторно ввести их по другому шаблону, чтобы тот же гидрогель можно было перепрограммировать для преобразования в другую форму.
«Вы можете сделать его почти как коготь, чтобы в какой-то момент он мог даже подбирать вещи», — сказал Ли. "Тело слабощелочное, поэтому, возможно, его можно загрузить с лекарством и ввести в организм, где он может высвободить лекарство. И, возможно, он может быть разработан для ответа на другие раздражители, например, на температуру."
Другие ученые использовали ионы металлов для создания гидрогелевых исполнительных механизмов, но никто не использовал химические вещества, обнаруженные в липких белках мидий. Ли надеется продолжить свое первоначальное открытие.
«Прямо сейчас наш гидрогелевый привод работает медленно, и на его изгиб требуется некоторое время», — сказал он. «Нам нужно больше изучить это, и мы также хотим попробовать это с другими ионами, такими как титан и медь."