Революционный метод склеивания гелей и биологических тканей

Исследователи открыли эффективный и простой метод соединения гелей и биологических тканей. Французские учёные добились очень прочной адгезии между двумя гелями, нанеся на их поверхность раствор с наночастицами. До сих пор не существовало полностью удовлетворительного метода склеивания двух гелей или двух биологических тканей. Работа, опубликованная онлайн в Nature 11 декабря 2013 года, может открыть путь для многочисленных медицинских и промышленных применений.

Гели — это материалы, состоящие в основном из жидкости (например, воды), диспергированной в молекулярной сети, придающей им твёрдость. Примеры гелей в повседневной жизни многочисленны: желатин в десертах, смородиновое желе, контактные линзы или впитывающая часть детских подгузников. Биологические ткани, такие как кожа, мышцы и органы, имеют сильное сходство с гелями.

Новый метод, разработанный в сотрудничестве с лабораториями Matière Molle et Chimie (CNRS/ESPCI ParisTech) и Physico-Chimie des Polymères et Milieux Dispersés (CNRS/UPMC/ESPCI ParisTech), основан на простой идее: склеивание гелей с помощью раствора наночастиц.

Принцип работы:

  • Наночастицы из раствора связываются с молекулярной сеткой геля (явление адсорбции).
  • Одновременно молекулярная сетка связывает частицы между собой.
  • Таким образом, наночастицы устанавливают бесчисленные соединения между двумя гелями.

Ключевые особенности метода:

  • Процесс адгезии занимает несколько секунд.
  • Не требует добавления полимеров.
  • Не предполагает никакой химической реакции.

Универсальность и эффективность:

  • Водный раствор наночастиц диоксида кремния (SiO2) — доступного и широко используемого в промышленности соединения — позволяет склеивать все типы гелей, даже с разной консистенцией и механическими свойствами.
  • Адгезия очень прочная: соединение часто лучше выдерживает деформацию, чем сам гель.
  • Соединение обладает отличной устойчивостью к погружению в воду и способностью к самовосстановлению: отслоившиеся куски можно вновь соединить без добавления новых наночастиц.
  • Аналогичные результаты получены с использованием нанокристаллов целлюлозы и углеродных нанотрубок.

Демонстрация на биологической ткани:

Исследователи успешно склеили два куска телячьей печени, разрезанные скальпелем, с помощью раствора наночастиц кремнезема.

Потенциальные области применения:

Это открытие открывает новые возможности в медицине, ветеринарии, особенно в хирургии и регенеративной медицине (например, для соединения кожи или органов после разреза или глубокого повреждения). Метод также может представлять интерес для пищевой и косметической промышленности, а также для производителей протезов и медицинских устройств (повязок, пластырей, гидрогелей и т.д.).