Esneyebilen Hidrojellerin Geliştirilmesi
Hidrojellerin kullanımı elektronik ve biyomedikal cihazların geliştirilmesinde yaygındır. Hidrojel hibritlerin oluşturulmasında kullanılabilecek malzemelerin çeşitliliğini artırabilecek yeni bir buluş, geniş kullanım alanları ve özellikler sağlayabilir.
Hidrojeller büyük miktarda su tutma kapasitesine sahip ve etkileyici iyonik iletim sağlayan hidrofilik 3D polimer zincir ağlarıdır. Esnek elektronik cihazlar ve biyomedikal cihazlar gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılmasına rağmen, önemli bir dezavantaj hidrojellerin verimliliğini engellemiştir.
Mevcut teknolojiler, hidrojel polimerleri yalnızca koruma ve destek sağlamak için kullanılan silikon kauçuklardan oluşan laminatlarla pratik ve etkili bir şekilde birleştirebilir.
Bu sınırlamalar, etkili ve silikon kauçuk ile aynı faydaları sağlamak için daha fazla malzeme seçeneği sunan hidrojel-polimer bazlı hibrit üretimine bir girişim geliştirme arzusuna yol açmıştır. Bu malzemeler silikon kauçuk ile aynı faydaları sağlarken, hidrojelleri başka özelliklerle de donatabilir.
Çin’in Shenzhen kentindeki Southern Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Makine ve Enerji Mühendisliği Bölümü’nden araştırmacıları da içeren malzeme bilimcilerinden oluşan bir ekip böyle bir girişimi uygulayabilirdi.
Kauçuğun Yolla Buluştuğu Yer: Hidrojel Hibritlerde Silikon Kauçuğa Alternatifler Bulma
Science Advances dergisinde yayınlanan bir makalede ekip, bir elastomer ve bir sert polimer (hem vizkozite hem de esnekliğe sahip) dahil olmak üzere çeşitli suda çözünmeyen UV ile iyileştirilebilir polimerler ile kovalent olarak bağlanmış oldukça gerilebilir ve yüksek su içerikli hidrojellerden oluşan oldukça karmaşık hibrit 3D yapıların üretimini sağlayan değişken çok malzemeli 3 boyutlu baskı girişiminin geliştirilmesini tartışıyor.
Ekip, hidrojel polimerlerini yüksek verimli Dijital Işık Prosesi (DLP) tabanlı çok malzemeli bir 3D yazıcıya yazdırdı- reçineyi katman katman sertleştiren, sabit bir projektörden gelen UV ışığını kullanan bir 3D yazıcı. Bu, “aşağıdan yukarıya” bir yaklaşım oluşturulmasına ve her katmanın kalınlığının hassas bir şekilde kontrol edilmesine olanak vererek karmaşık yapıların kolay geliştirilmesini sağladı. Ekip, metakrilat bazlı monomerler, çapraz bağlayıcılar ve suda çözünmeyen foto başlatıcılı oligomerler- UV ışığına maruz kaldığında serbest radikaller, katyonlar veya anyonlar gibi reaktif türler oluşturan moleküller olan polimer öncü çözeltilerden yararlanabildi.
Hidrojelin elastomerle buluştuğu arayüzde, güçlü kovalent bağların oluştuğu bulundu. Elde edilen malzemenin sıkıştırılması, bu tabakalar arasında herhangi bir bağ açılmaya başlamadan önce% 50 deformasyona dayanabildiğini ortaya çıkardı.
Hidrojel her iki malzemeye de güçlü bir şekilde bağlandığından karışıma sert bir polimer eklemek kovalent bağlanmayı zayıflatmadı. Sonuçta üç malzeme arasında bağ oluşmadan yüksek derecede gerilmeye dayanabilen bir köpük oluştu. Bilim adamları tarafından yürütülen, genellikle bir malzemenin yapışkan özelliklerini test etmek için kullanılan soyma testleri (peeling tests), hidrojel-polimer arayüzlerini kırmak için gereken enerjinin, hidrojelin kendisini kırmak için gereken enerjiden daha fazla olduğunu gösterdi. Bu da son derece sağlam, esnek bir malzeme oluştuğu anlamına gelir.
Ekip ayrıca, oluşturdukları malzemenin mekanik davranışının ve özelliklerinin PEGDA / akrilamid karışım oranı – PEGDA’nın moleküler ağırlığı – ve su içeriği değiştirilerek ayarlanabileceğini söylüyor. Bu adaptasyon sayesinde, yeni hidrojel-hibritler için oldukça geniş kullanım alanları vardır.
Esnek Uygulamalar Şekil Alıyor
Katmanlarında sıyrılma olmadan malzemenin büyük deformasyon derecelerine dayanma yeteneği çeşitli mikro yapılara uyum sağlayabileceği anlamına gelir.
Ekip bunların arasında hidrojeller ve insan dokuları arasındaki esneklik farkının geleneksel olarak zorlukların ortaya çıktığı biyomedikal uygulamalara katkıda bulunabilecek bir at nalı mikro (horseshoe microstructure) yapı olduğuna dikkat çekti.
Araştırmacılar bunu, Vero sert polimer ile güçlendirilmiş AP hidrojelden oluşan bir menisküsü yazdırarak gösterdi. Ekibin oluşturduğu hidrojel hibritin lokal mekanik özelliklerini ayarlamak için sert mikro yapıları değiştirme yeteneğini kullanmak, çok çeşitli dokulara adaptasyona olanak sağlar.
Ekibin tartıştığı diğer bir tıbbi kullanım, değişen sıcaklıklara göre genişleyip küçülebilen bir kardiyovasküler stent geliştirme olasılığıdır. Bu, stentin yalnızca kan damarlarını genişletmesine değil, aynı zamanda hastaya ilaç uygulanmasına da imkan verir.
Araştırmacılar tarafından oluşturulan prosesle, esnek elektroniklerin geliştirilmesinde hidrojelleri bukadar cazip kılan iyonik iletkenlik özelliği de iyileştirilebilir. Kafes şeklinde bir mikro yapıya sahip hidrojel / elastomeri 3 boyutlu yazdırarak, yapıyı su buharlaşmasından koruyan elastomer koruyucu bir kaplama oluşturulabilir. Hidrojel ve elastomer arasındaki bağlanma kuvvetini düşürmeden, bir gerilim sensörünün dahil edilmesiyle bu alanda iyileştirmeler de yapılabilir.
Ekibin buluşu, çok malzemeli 3D baskı girişiminden yararlanan, yumuşak cihazlar ve makineler oluşturmanın yeni ve verimli bir yolunu oluşturan bir dizi uygulama ile sonuçlanabilir.
Kaynak: azom.com
