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
Радиационная «бомба замедленного действия» обнаружена в Чернобыле: и они до сих пор готова «взрываться»
Новые опыты покажут, каким будет зона отчуждения для следующих поколений...
Почти детективная история: в Ленобласти обнаружен самый большой клад серебра за всю историю
Среди находок две уникальные монеты, которых всего четыре в мире, включая, а также языческие вороны Одина… среди православных крестов...
Главный поджигатель в истории Австралии: почему ученые обвиняют капитана Джеймса Кука в постоянных мегапожарах на Зеленом континенте?
Воскрешение традиции, которую сломали британские колонизаторы, поможет «потушить» Пылающую Австралию...
После чудовищного Эль-Ниньо наш мир, возможно, уже не будет прежним
Первой жертвой будет Амазония, но это, как говорят ученые, только начало...
Тайна Мертвого моря: что «кипятит» водоем изнутри, рассказали ученые
Оказалось, что в кристалликах соли скрыта история прошедших эпох...
«Мясной фарш» для Гитлера: как виртуозная операция в 1943 году решила ход битвы за Италию
Дерзко, остроумно и с огромной долей везения: британский план висел на волоске, но Лондону помогли… сами немцы...
Шуховскую башню в Москве начали разбирать: почему правнук великого русского инженера против такой «реконструкции»?
Где главный промах московских властей и чем восстановление отличается реконструкции?...
Пустая еда: почему за 60 лет наши продукты потеряли половину полезных веществ и микроэлементов
По словам исследователей, мир находится в состоянии скрытого голода: калорий, вроде бы, хватает, а витаминов и минералов нет...
Крестик XII века показал, настолько ученые ошибались в истории древнего Смоленска
Скромный артефакт из редкого материала оказался для археологов дороже серебряного клада...
Секрет марсианского «невозможного» облака-призрака наконец-то разгадан
Как оказалось, на Красной планете работает физика, которая на Земле считалась чистой теорией...
Таинственные траншеи в Австралии помогут открыть скрытые пещеры на Марсе
Равнина, которая 14 миллионов лет без воды, подсказала ученым, как расшифровывать фотографии с Красной планеты...
Монетный детектив: российский ученый 10 лет охотился за распроданными сокровищами и раскрыл тайну древнего царства на Боспоре
Пожалуй, это одна из самых интересных исторических загадок, раскрытых в последнее время...