Группа российских ученых разработала новый метод получения альгинатных гидрогелей с регулируемыми свойствами при помощи света. Их можно использовать для 3D- печати медицинских изделий, а также в качестве клея, сообщает «Inscience».
Эту задачу решили исследователи Института элементоорганических соединений Несмеянова РАН, Института органической химии Зелинского РАН и Сколковского института науки и технологий. Исследование проведено на средства гранта Президентской программы Российского научного фонда (РНФ). Предлагаемый подход к созданию альгинатных гидрогелей (эластичных полимерных материалов из водорослей) позволяет получать однородный материал быстро, а также регулировать его прочность. По новому методу для этого необходимо водный раствор альгината и комплексного соединения железа выдержать на свету. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Communications.
Бурые и красные водоросли содержат большое количество альгиновой кислоты — полимера с вязкой, наподобие резины, текстурой. Соли этой кислоты с различными металлами (альгинатные гидрогели) применяются в медицине в составе оболочек лекарств. Подобные соединения применимы также для 3D-печати биосовместимых медизделий.
Обычно гидрогели получают путем добавления к раствору альгината соли выбранного металла. Этот состав быстро застывает, образуя материал с неравномерной структурой более плотной снаружи и жидкой внутри, что ухудшает его механические свойства. По новому методу возможно получить однородный материал с заданными свойствами. Авторы заменили соли железа на комплексное соединение этого же металла, распадающееся при действии света. Смесь данных компонентов в темноте до 30 дней остается жидкой, а на свету застывает за счет того, что из металла на свету высвобождаются ионы железа, которые «встраиваются» между молекулами альгината, образуя своеобразную сеть. Всего за полчаса прозрачный раствор превращается в твердое вещество.
Используя предложенную методику, исследователи создали четыре типа альгинатных гидрогелей, которые отличались по содержанию железа. Гели, в которых доля железа была одинакова с количеством полимера, оказались более прочными и устойчивыми к влаге в сравнении с образцами, содержащими в 4 раза меньше железа. Во время испытания исследователи нанесли небольшое количество наиболее прочного гидрогеля между двумя стеклянными поверхностями и оставили его на свету на 30 минут. Сцепление оказалось настолько крепким, что шов выдерживал нагрузки, эквивалентные давлению в 1 кг на квадратный сантиметр. Новая технология позволяет точно контролировать места соединения путем облучения, что гарантирует равномерное распределение клея в месте соединения и предотвращает его преждевременное затвердевание.
«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», — рассказывает Дмитрий Перекалин, доктор химических наук, участник проекта, ведущий научный сотрудник Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН.
Ранее «ФарМедПром» рассказывал, что ученые Уральского федерального университета занимаются разработкой гелей, которые могут постепенно высвобождать медикаменты. Путем изменения структуры геля они добиваются его оптимальных химических и физических свойств.
