Это была не простая задача, стоящая перед группой ученых из Университета имени Иоганна Кеплера в Линце:
Связанный контент
- Слизняки вдохновляют супер-сильный клей, чтобы заделать раны
- Новый суперклей сгибает мидии
Могут ли они сделать супер клей еще лучше?
Исследователи столкнулись с особенно сложной проблемой: когда речь шла о соединении материалов с гидрогелями - мягкими, мягкими предметами, состоящими из полимеров, взвешенных в воде, - ни один клей не был очень эффективным. Если гидрогель растягивался, связь становилась хрупкой и разрывалась. (Представьте, что вы пытаетесь склеить два кубика желе-О). Это была дилемма в растущих областях «мягкой» электроники и робототехники, которые полагаются на гидрогели.
Хотя в течение многих лет они использовались для перевязки ран или в мягких контактных линзах, в последнее время гидрогели стали ключевым компонентом многих инновационных продуктов - от электронных «пластырей», которые могут доставлять лекарства, до растягиваемой электроники и крошечные, похожие на желе роботы, которые могут быть имплантированы в тело человека.
Ученые могут прикреплять гидрогели к другим объектам с помощью ультрафиолетового излучения, но этот процесс может занять до часа. Это просто не очень эффективно, говорит Мартин Кальтенбруннер, один из австрийских исследователей.
«Это преодоление разрыва между мягкими и твердыми материалами действительно является большой проблемой для всех в этой области», - сказал он. «Мы действительно искали быстрое создание прототипа, самодельный метод соединения гидрогелей с различными материалами, быстрый и универсальный. То, что было там, было слишком непрактичным для применения в наших лабораториях и повседневного использования ».
Команда много думала о том, что может сработать. Кто-то предложил суперклей. Почему бы и нет, поскольку гидрогели - это в основном вода, а суперклей связывает вещи вместе, потому что вода вызывает реакцию.
Но это было не так просто. Когда Кальтенбруннер и другие исследователи попытались использовать готовый суперклей, он не очень хорошо работал. Как только он высох и гидрогель растягивался, связь снова растрескивалась и разрушалась.
Затем кто-то предложил идею добавить нерастворитель, который не растворялся бы в клее и не давал бы ему затвердеть. Это может помочь адгезиву действительно рассеиваться в гидрогеле.
И это, как оказалось, было ответом.
Смешивание цианоакрилатов - химикатов в суперклее - с нерастворителем препятствовало растворению клея, а когда материалы спрессовывались, клей диффундировал во внешние слои гидрогеля. «Вода вызывает полимеризацию цианоакрилатов, - пояснил Кальтенбруннер, - и она запутывается с полимерными цепями геля, что приводит к очень прочной связи». Другими словами, клей мог просачиваться под поверхность гидрогель и соединиться с его молекулами, образуя сильную привязанность в течение нескольких секунд.
Было ясно, что исследователи кое-что поняли, когда связали кусок гидрогеля с эластичным, резиновым материалом, который называется эластомер. «Первое, что мы узнали, - сказал Кальтенбруннер, - это то, что связь все еще была прозрачной и растягивающейся. Мы действительно пробовали много других методов раньше, но иногда оказывается, что самый простой - лучший ».
Вот их практическое видео по склеиванию гидрогеля:
Ученые подвергли свой новый клей испытанию, создав полосу «электронной кожи», гидрогелевую полосу, на которую они приклеили батарею, процессор и датчики температуры. Он может передавать данные на смартфон через беспроводное соединение.
Они также изготовили прототип искусственных позвонков, с помощью которого гидрогель использовался для восстановления поврежденных дисков в позвоночнике. С помощью клея позвонки могут быть собраны гораздо быстрее, чем обычно, согласно отчету об исследовании, недавно опубликованному в журнале Science Advances.
Кальтенбруннер сказал, что видит большой потенциал для адгезива как части «революции мягкой робототехники». Например, он может быть включен в модернизацию «октобота», первого автономного, полностью мягкого робота, представленного учеными Гарварда в прошлом году. По размеру вашей руки, у октобота нет жестких электронных компонентов - батарей и компьютерных чипов. Вместо этого перекись водорода взаимодействует с пятнами платины внутри робота, который производит газ, который надувает и сгибает щупальца октобота, продвигая его через воду.
На данный момент это движение в значительной степени неконтролируемое, но ученые надеются, что смогут добавить датчики, которые позволят ему маневрировать к объекту или от него. Вот где новый клей может пригодиться.
Но будущее нового типа суперклей все еще обретает форму. По оценкам Кальтенбруннера, может пройти еще три-пять лет, прежде чем он появится на рынке. Тем не менее, он чувствует себя довольно оптимистично.
«Поскольку наш метод легко воспроизвести, - сказал он, - мы надеемся, что другие присоединятся к нам в поиске еще большего количества приложений».
