Naukowcy z North Carolina State University opracowali technologię tworzenia narzędzi z materiału na bazie hydrożelu. Taki materiał może przybierać różne formy, być dowolnie modelowany i wykorzystywany do manipulacji obiektami. Technika może znaleźć zastosowanie w tzw. “miękkiej robotyce” i medycynie.
“Badania przybliżają nas do stworzenia nowej technologii – miękkiej robotyki, która będzie naśladować systemy biologiczne i może pracować w środowisku wodnym” – powiedział dr Michael Dickey, profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej na NC State, współautor projektu.
“W niedalekiej perspektywie, technologia może być zastosowana przy dawkowaniu leków, tworzeniu szkieletu-rusztowania dla tkanek i kierowaniu wzrostem komórek w trzech wymiarach” – powiedział dr Orlin Velev, naukowiec również biorący udział w badaniach.
Technika opracowana przez badaczy NC State opiera się na użyciu materiały o nazwie hydrożel – substancji na bazie wody, których niewielką część stanowią cząsteczki polimerów. Najważniejszymi cechami hydrożeli jest ich elastyczność, przejrzystość i teoretycznie biokompatybilność.
Naukowcy znaleźli sposób na modyfikację formy hydrożelu za pomocą impulsów elektrycznych. Do materiału wprowadzono miedzianą elektrodę z dodatnio naładowanymi jonami miedzi. Kationy wiązały się z ujemnie naładowanymi cząsteczkami w polimerowej sieci hydrożelu. Rezultatem było wzmocnienie wiązań cząsteczek, dzięki czemu materiał robił się sztywny i bardziej sprężysty. Silniejszy impuls elektryczny powodował większe wygięcie.
Uczeni mogą skierować elektrody w dowolny obszar hydrożelu aby usztywnić materiał i uzyskać konkretny kształt. Powstałe “wzory” z wykorzystaniem jonów są stabilne w wodzie nawet przez kilka miesięcy.
Zespół badawczy wykorzystał zwiększoną sztywność i wygięcie materiału do modelowania kształtów, mogących manipulować obiektami. Naukowcy opracowali hydrożel w kształcie litery V, który pod wpływem impulsu elektrycznego i uwolnieniu jonów miedzi w elektrodzie zamykał się na przedmiocie jak pinceta. Przez wprowadzenie jonów do tylnej części hydrożelu następowało zwolnienie przedmiotu.
Badacze opracowali również chwytak w kształcie litery X aktywowany za pomocą etanolu. Gdy hydrożel zanurzono w etanolu, część, która nie była wcześniej usztywniona kurczyła się. Efektem było zamknięcie hydrożelu na przedmiocie. Kiedy strukturę umieszczono w wodzie, hydrożel rozszerzał się, pozwalając “płatkom” otworzyć się i zwolnić obiekt.
“Warto również zauważyć, że technika ta działa z jonami innymi niż miedź, np. jonami wapnia, co jest niezwykle istotne z biologicznego punktu widzenia” – dodaje Dickey.
Obecnie Velve i Dickey pracują nad wykorzystaniem technologii do stworzenia ruchomych, biologicznie kompatybilnych mikronarzędzi.
Źródło:
[1] “Reversible patterning and actuation of hydrogels by electrically assisted ionoprinting” Etienne Palleau, Daniel Morales, Michael D. Dickey & Orlin D. Velev. Nature Communications 4, Article number: 2257
[2] http://news.ncsu.edu/releases/velev-dickey-soft-robotics-2013/ | 20.08.2013
[3] Polymer clay examples by Dan Bollinger, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0