Επιστήμονες κόλλησαν μια πάπια σε βράχο, για να αποδείξουν τι; Αυτό!

Ένα επαναστατικό τζελ (Hydrogel - Yδρογέλη), εμπνευσμένo από τη φύση, κολλάει σε βρεγμένες επιφάνειες και αντέχει σε ακραίες συνθήκες. Εφαρμογές σε ιατρική, θαλάσσιες κατασκευές και πολλά ακόμη.

Σε μια παραλία της βόρειας Ιαπωνίας, ένα φαινομενικά παράξενο πείραμα τραβά την προσοχή: μια λαστιχένια πάπια παραμένει αγέρωχη, κολλημένη πάνω σε βράχο, παρά τα κύματα που σκάνε με δύναμη γύρω της. Δεν πρόκειται για αστείο. Είναι επίδειξη τεχνολογίας: η βάση της έχει επιστρωθεί με ένα νέο, εξαιρετικά ισχυρό συγκολλητικό υλικό, σχεδιασμένο να αντέχει στις πιο απαιτητικές συνθήκες, ακόμα και κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Το «θαυματουργό» αυτό υλικό είναι ένα τζελ (Hydrogel - Yδρογέλη), ένα είδος ελαστικού πολυμερούς με μεγάλη περιεκτικότητα σε νερό. Αν και οι υδρογέλες χρησιμοποιούνται ήδη σε τομείς όπως η ιατρική και η γεωργία, η σταθερή προσκόλληση σε υγρές ή αλμυρές επιφάνειες παραμένει πρόκληση. Οι περισσότερες κόλλες χάνουν την αποτελεσματικότητά τους όταν βραχούν ή έρθουν σε επαφή με θαλασσινό νερό.

Η φύση δείχνει τον δρόμο

Η λύση, όπως συμβαίνει συχνά, βρέθηκε στη φύση. Πλάσματα όπως τα μύδια και οι πεταλίδες έχουν αναπτύξει εξελικτικά μηχανισμούς για να παραμένουν σταθερά προσκολλημένα σε βράχους και άλλες επιφάνειες, παρά το συνεχές χτύπημα των κυμάτων. Οι επιστήμονες άντλησαν έμπνευση από τις πρωτεΐνες που χρησιμοποιούν αυτά τα θαλάσσια είδη και ανέλυσαν τις αλληλουχίες αμινοξέων που προσδίδουν αυτήν τη μοναδική συγκολλητική ικανότητα.

Στη συνέχεια, ενσωμάτωσαν αυτά τα μοτίβα στις υδρογέλες, και με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης, κατέληξαν σε τρεις νέες συνθέσεις εξαιρετικά ισχυρών υδρογελών, με ιδιότητες προσαρμοσμένες για να λειτουργούν κάτω από το νερό. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature.

Αντοχή στον χρόνο και στο νερό

Σε μια σειρά εντυπωσιακών δοκιμών, μία από τις υδρογέλες κατάφερε να ενώσει επιτυχώς διαφορετικά υλικά -όπως κεραμικά, γυαλί και τιτάνιο- κάτω από συνθήκες που προσομοιώνουν το θαλασσινό νερό. Οι συγκολλήσεις άντεξαν για περισσότερο από ένα χρόνο χωρίς να αποκολληθούν. «Η διάρκεια είναι εντυπωσιακή για ένα τέτοιο υλικό», σχολίασε ο Τζόναθαν Μπαρνς, ειδικός στα πολυμερή στο Πανεπιστήμιο Ουάσινγκτον στο Σεντ Λούις, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα.

Σε άλλη εφαρμογή πεδίου, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν την υδρογέλη για να σφραγίσουν μια οπή σε σωλήνα γεμάτο με νερό, προσομοιώνοντας υψηλή πίεση, ενώ η περίπτωση με την «κολλημένη» λαστιχένια πάπια αποτέλεσε απλό αλλά εντυπωσιακό παράδειγμα της δύναμης της νέας τεχνολογίας σε φυσικό περιβάλλον.

Το μέλλον των υπερσυγκολλητικών υδρογελών

Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Hokkaido, εξετάζει ήδη πώς οι υδρογέλες αυτές μπορούν να προσαρμοστούν για χρήση σε διαφορετικά περιβάλλοντα -από μέταλλο και υλικά πλοίων έως εφαρμογές στην ιατρική, όπως η σφράγιση τραυμάτων ή η αναγέννηση ιστών. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα διαφορετικά υλικά μπορεί να απαιτούν παραλλαγές των υδρογελών, προκειμένου να επιτευχθεί η βέλτιστη προσκόλληση.

«Η συγκεκριμένη μελέτη προσφέρει όχι μόνο μια νέα γενιά κόλλας, αλλά και έναν ταχύτερο τρόπο να αναπτύσσουμε νέα υλικά με βάση τη βιομιμητική προσέγγιση και τα δεδομένα», σημειώνει η Χιμίν Χε, καθηγήτρια στο UCLA. «Οι δυνατότητες εφαρμογής είναι ευρείες και αγγίζουν την καθημερινή ζωή, από τις ιατρικές επεμβάσεις μέχρι τις θαλάσσιες κατασκευές».