Из водорослей и света: ученые в России создали универсальный материал для медицины и промышленности
Путем простого облучения водного раствора альгината и комплексного соединения железа светом, исследователи получили гидрогели с регулируемой прочностью. Эти материалы, полученные при поддержке гранта Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), являются однородными, прочными и устойчивыми к воздействию влаги.
Альгиновая кислота извлекается из бурых и красных водорослей, которые встречаются в морях по всему миру. Это полимерные сетки, состоящие из молекул альгината — углеводного вещества, которое находится в клеточных стенках бурых водорослей. Альгинатные гидрогели обладают рядом ценных свойств: они упругие, биосовместимые, биоразлагаемые и способны поглощать большое количество воды.
Гидрогели, полученные путем смешивания солей альгината с различными металлами, широко применяются в пищевой промышленности и медицине. Они могут использоваться в различных областях, например, в качестве клея, а также основы для 3D-печати медицинских изделий, таких как имплантаты, лекарственные формы, тканевая инженерия и раневое лечение. Однако для этого необходимо контролировать физико-химические характеристики гидрогелей, такие как прочность, вязкость, пористость и скорость деградации.
Однако существующие методы их производства имеют недостатки, так как результатом является материал с неоднородной структурой, что негативно сказывается на его механических свойствах.
Ученые из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН (Москва) в соавторстве с Сколковским институтом науки и технологий (Москва) и Институтом органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН (Москва) предложили новый метод синтеза альгинатных гидрогелей, который позволяет быстро получить однородные материалы с регулируемой прочностью.
Вместо традиционных солей железа исследователи предложили использовать комплексное соединение этого металла, которое распадается при воздействии света. При облучении смеси альгината и комплексного соединения железа, материал начинает застывать благодаря химической реакции между полимером и соединением железа. Твердение происходит быстро и гель превращается в твердое вещество оранжевого цвета.

Эксперименты показали, что при одинаковых пропорциях комплекса железа и полимера, полученный материал обладает высокой прочностью и устойчивостью к влаге. Это объясняется наличием большего количества жестких сшивок между нитями полимера, которые формируются благодаря ионам железа.
Исследователи также проверили использование полученного гидрогеля в качестве клея для стекла. Прочность склеивания оказалась настолько высокой, что шов выдерживал давление, сравнимое с нагрузкой в 1 килограмм на каждый квадратный сантиметр. При этом новая технология позволяет контролировать точки склеивания за счет облучения, что гарантирует равномерное распределение клея и эффективную работу.
Ученые показали, что таким образом можно получать гидрогели разной жесткости: от мягких до твердых. Кроме того, они обнаружили, что гидрогели имеют высокую термостабильность и способны сохранять свою форму при нагревании до 200 °C. Также они изучили биологическую активность гидрогелей и подтвердили их биосовместимость и бактерицидность.
Исследование было опубликовано в журнале Chemical Communications. Авторы надеются, что их метод откроет новые возможности для создания альгинатных гидрогелей с заданными свойствами для различных приложений.
Альгиновая кислота извлекается из бурых и красных водорослей, которые встречаются в морях по всему миру. Это полимерные сетки, состоящие из молекул альгината — углеводного вещества, которое находится в клеточных стенках бурых водорослей. Альгинатные гидрогели обладают рядом ценных свойств: они упругие, биосовместимые, биоразлагаемые и способны поглощать большое количество воды.
Гидрогели, полученные путем смешивания солей альгината с различными металлами, широко применяются в пищевой промышленности и медицине. Они могут использоваться в различных областях, например, в качестве клея, а также основы для 3D-печати медицинских изделий, таких как имплантаты, лекарственные формы, тканевая инженерия и раневое лечение. Однако для этого необходимо контролировать физико-химические характеристики гидрогелей, такие как прочность, вязкость, пористость и скорость деградации.
Однако существующие методы их производства имеют недостатки, так как результатом является материал с неоднородной структурой, что негативно сказывается на его механических свойствах.
Ученые из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН (Москва) в соавторстве с Сколковским институтом науки и технологий (Москва) и Институтом органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН (Москва) предложили новый метод синтеза альгинатных гидрогелей, который позволяет быстро получить однородные материалы с регулируемой прочностью.
Вместо традиционных солей железа исследователи предложили использовать комплексное соединение этого металла, которое распадается при воздействии света. При облучении смеси альгината и комплексного соединения железа, материал начинает застывать благодаря химической реакции между полимером и соединением железа. Твердение происходит быстро и гель превращается в твердое вещество оранжевого цвета.

Эксперименты показали, что при одинаковых пропорциях комплекса железа и полимера, полученный материал обладает высокой прочностью и устойчивостью к влаге. Это объясняется наличием большего количества жестких сшивок между нитями полимера, которые формируются благодаря ионам железа.
Исследователи также проверили использование полученного гидрогеля в качестве клея для стекла. Прочность склеивания оказалась настолько высокой, что шов выдерживал давление, сравнимое с нагрузкой в 1 килограмм на каждый квадратный сантиметр. При этом новая технология позволяет контролировать точки склеивания за счет облучения, что гарантирует равномерное распределение клея и эффективную работу.
Ученые показали, что таким образом можно получать гидрогели разной жесткости: от мягких до твердых. Кроме того, они обнаружили, что гидрогели имеют высокую термостабильность и способны сохранять свою форму при нагревании до 200 °C. Также они изучили биологическую активность гидрогелей и подтвердили их биосовместимость и бактерицидность.
Исследование было опубликовано в журнале Chemical Communications. Авторы надеются, что их метод откроет новые возможности для создания альгинатных гидрогелей с заданными свойствами для различных приложений.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...