استفاده از نانورشته‌های سلولز برای توسعه هیدروژل‌های خودترمیم شونده

نتایج یافته‌های محققان نشان می‌دهد که چاپ سه‌بعدی هیدروژل خود ترمیم‌شونده برای تولید حسگر‌های نرم و انعطاف‌پذیر قابل استفاده است.

کد خبر: ۱۰۱۱۱۲۰

سه‌شنبه - ۲۷ ارديبهشت ۱۴۰۱ / May 17, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، نتایج یافته‌های محققان نشان می‌دهد که چاپ سه‌بعدی هیدروژل خود ترمیم‌شونده برای تولید حسگر‌های نرم و انعطاف‌پذیر قابل استفاده است.

الکترونیک نرم (SEs) فناوری است که از آن می‌توان برای توسعه سامانه‌های نظارت پوشیدنی استفاده کرد. الکترونیک نرم مشابه تمام سیستم‌های ساخته شده به صورت مصنوعی، در اثر اعمال فشار فیزیکی و شکستگی در معرض تخریب غیرمنتظره و غیر قابل برگشت است. از سوی دیگر، بسیاری از فرآیند‌های زیستی این ظرفیت را به دست آورده‌اند که پس از آسیب، خود را ترمیم کنند. نمونه بارز آن پوست انسان است که توانایی بازیابی قابلیت‌های الکترومکانیکی خود را پس از آسیب دارد.

هیدروژل‌ها که به‌عنوان حسگر‌های فشار نرم نیز شناخته می‌شوند، می‌توانند خود را سریع‌تر از بافت پوست ترمیم کنند و در عین حال در شرایط واقعی زندگی کنند. این هیدروژل‌ها نانوساختار‌های سه‌بعدی نرمی هستند که ممکن است مانند اجسام جامد در سطح ماکروسکوپی عمل کنند و در عین حال مقدار زیادی مایع زیستی را حفظ کنند و در نتیجه ماتریکس خارج سلولی طبیعی را شبیه‌سازی کنند.

هیدروژل‌ها به دلیل مزایای گسترده خود برای استفاده در مقیاس بزرگ در کاربرد‌های زیستی از جمله استفاده در مهندسی بافت، تجویز دارو و پوست الکترونیکی مناسب هستند، اما به دلیل ساختار مولکولی مایع مانند آن‌ها، این ژل‌ها اغلب دارای کیفیت مکانیکی ناکافی هستند.

برای اینکه هیدروژل‌ها قابل چاپ و تزریق باشند، باید پیوند‌های عرضی موقت در ساختار آن‌ها وجود داشته باشد. وجود اتصالات عرضی موقت ضروری است، زیرا پیوند‌های عرضی موقت رفتار نازک شونده برشی از خود نشان می‌دهند، خاصیتی که نمی‌توانید آن را در اتصالات عرضی دائمی پیدا کنید.

اتصالات عرضی موقت همچنین ممکن است رفتار پویایی مانند خود ترمیمی را به این ژل‌ها بدهد و آن‌ها را قادر می‌سازد تا ویژگی‌های اساسی خود را پس از آسیب بازگردانند و در نتیجه دوام بهتری داشته باشند.

با توجه به تحرک مولکولی سریع مرتبط با پیوند دینامیکی، چاپ هیدروژل‌های پویا در رشته‌های رشته‌ای قوی، بدون وقفه و مبتنی بر حفظ شکل همچنان یک مشکل است.

هر دو پیوند شیمیایی و فیزیکی ممکن است برای ایجاد هیدروژل برای ارائه ویژگی‌های دینامیکی استفاده شوند. با این حال، بر خلاف اتصالات فیزیکی، بیشتر پیوند‌های پویا دارای قابلیت‌های خودترمیمی غیرمستقل هستند. با این وجود، سنتز ایمین یک رویکرد امیدوارکننده برای ایجاد هیدروژل‌های خود ترمیم‌شونده قابل چاپ سه‌بعدی و سازگار است.

ترکیبات آلدهید در پلی ساکارید‌ها ممکن است از طریق اکسیداسیون پریودات برای ساخت هیدروژل ایمین ایجاد شوند. با این حال، این اکسیداسیون وزن مولکول را در ماتریس پلیمری کاهش می‌دهد. در نتیجه این کاهش وزن، هیدروژل‌های تولید شده شکننده و برای استفاده عملی نامناسب هستند. یکی از راه‌های مقابله با این معضل و فرموله کردن یک هیدروژل خودبازیابی برای اهداف عملی انسانی، به حداقل رساندن اکسیداسیون است. به طور متناوب، نانو رشته‌هایی با گروه‌های آلدهیدی ممکن است به یک ماتریس پلیمری مبتنی بر گروه‌های آمین وارد شوند تا تولید ایمین را افزایش دهند. محققان ابتدا گروه‌های آلدهیدی را در نانو رشته‌های سلولز (CNs) تولید کردند. این امر با ایجاد یک هیدروژل دینامیک مبتنی بر نانو پلی ساکارید ایمین با ترکیب کربوکسیل متیل کیتوزان (CMC)، نانو رشته‌های کیتین (ChNs) و نانو توده‌های سلولز قبلاً اکسید شده (OCNs) دنبال شد. به عنوان نتیجه مستقیم برهمکنش‌های ایمین بین هر دو گروه آمینه ChNs و CMC و گروه‌های مبتنی بر آلدهید، انتظار می‌رود که کامپوزیت نانوهیبرید حاصل پاسخ دینامیکی و ویژگی‌های مکانیکی برتر و همچنین بهبود پایداری را نشان دهد. با ترکیب سه پیوند دینامیکی مجزا: هیدروژن، ایمین، و پیوند‌های هماهنگی کاتکولاتو-فلز (CMCBs)، محققان یک هیدروژل خودبازیابی شونده پویا قابل چاپ سه‌بعدی ایده آل برای اهداف سنجش کرنش نرم ایجاد کردند.