Источник фото — bbcream.ru
Бурые и красные водоросли содержат большое количество альгиновой кислоты – полимера с вязкой, резиноподобной структурой. Соли этой кислоты с различными металлами – альгинатные гидрогели – используются для пищевой промышленности в качестве загустителей, а также для 3D-печати биосовместимых медицинских изделий. Самым популярным способом получения альгинатных гидрогелей является добавление соли железа к раствору альгината. Такой состав застывает почти мгновенно, из-за чего получается материал с очень неоднородной структурой (гелеобразной снаружи и жидкой внутри), что плохо влияет на его механические свойства.
Решить эту проблему попыталась группа российских ученых, которые заменили соли железа на комплексное соединение этого же металла, распадающееся под воздействием света. Эксперименты показали, что смесь этих компонентов долгое время (до 30 дней) остается жидкой, если находится в темноте. Однако при освещении гель начинает застывать за счет химической реакции между полимером и соединением железа: из последнего высвобождаются ионы железа, которые «встраиваются» между молекулами альгината, создавая сеть. В результате, за 30 минут прозрачный раствор превращается в твердое вещество оранжевого цвета. Специфическую окраску придают ионы железа, высвободившихся из комплексного соединения.
Авторы исследования с помощью разработанной ими методики получили четыре варианта альгинатных гидрогелей, отличавшихся друг от друга по содержанию железа. Материалы, в которых доля комплекса железа была равна количеству полимера, оказались в десять раз прочнее и устойчивее к влаге, чем образцы, где металла было в четыре раза меньше. Это объясняется большим количеством жестких сшивок между нитями полимера, которые образуют ионы железа.
Наиболее прочный гидрогель был протестирован в качестве клея для стекла. Ученые нанесли небольшое количество раствора между двумя стеклами и оставили его на свету на 30 минут, а затем протестировали прочность склеивания, оказывая на шов нагрузку, сопоставимую с давлением 1 килограмма на каждый квадратный сантиметр. Шов выдержал эти нагрузки, поскольку новая технология обеспечила равномерное распределение клея между поверхностями и при этом не дала составу засохнуть раньше времени.
«Полученные нами материалы можно использовать в качестве клея, как мы показали экспериментально, а также при создании медицинских материалов, например, для восстановления нарушенных костных тканей. Однако сначала нужно будет провести дополнительные исследования потенциальной токсичности комплекса железа для человеческого организма», – цитирует Российский научный фонд Дмитрия Перекалина, доктора химических наук, ведущего научного сотрудника Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН.
