Как “оживить” гидрогель?

Белок мидий вдохновил американского физика на изобретение гидрогелевого механизма нового типа. Гидрогели – это цепочки полимеров с высоким содержанием воды, подобно «Джелло». Они очень мягкие и нежные на ощупь, что позволяет им безопасно и безболезненно контактировать с живыми тканями. Брюс Ли (Bruce P. Lee), профессор биоинженерии из Мичиганского технологического университета? захотел изготовить гидрогель, который бы не просто лежал «мертвым грузом» в организме.

«Меняющие свою форму по команде гидрогели могут стать мощным средством доставки лекарств. Мы вяли гидрогель и превратили его в актуатор (приводной механизм) – нечто способное менять форму и двигаться, например, открывая “дверцу” для лекарства», — говорит ученый.

Для создания такого механизма из гидрогеля Ли позаимствовал белок, с помощью которого мидии прикрепляются к влажным камням. Одно химическое соединение в этом белке (ДОФА, 3,4-динидроксифенилаланин) по своим свойствам схоже с дофамином.

Сначала Ли взял «залитый» ДОФА гидрогель в форм плотной трубочки, по консистенции напоминающей резину. Потом он приложил к ней железный стержень (в трех местах), и пропустил по нему электричество (чтобы на поверхность гидрогеля попали ионы железа). Наконец, он поднял уровень pH вещества.

И гидрогель начал двигаться самостоятельно, изгибаясь как червяк в местах концентрации ионов. «При кислотном pH-балансе только одна боковая цепочки молекул дофамина сцепляется с ионами железа. Но если поднять pH-баланс, целых три цепочки сходятся, чтобы схватить один-единственный ион. Все молекулы сближаются: на месте ионов гидрогель сжимается и сгибается», — объясняет Ли.

Меняя местоположение ионов, состав вещества и уровень напряжения, гидрогель можно запрограммировать принимать самые разные формы. «Его можно даже превратить в “коготь”, который будет подбирать объекты», — говорит Ли. «Гидрогель отличается легкой щелочностью, так что на него можно загрузить лекарство и ввести в организм, где он и отпустить препарат. Наконец, его можно запрограммировать реагировать на другие стимулы – изменения температуры, например».

Некоторые ученые применяют металлические ионы для получения гидрогелевых актуаторов, но никому не приходило в голову использовать химические вещества из адгезивных белков мидий. «Пока наш механизм двигается очень медленно. Мы с этим работаем. А еще мы хотим поэкспериментировать с ионами других металлов – титана и меди», — говорит Ли.

Исследование представлено в журнале Advanced Materials.

Источник: А. Космарский nauka21vek.ru