Мэриленд сегодня

Jun 07, 2023

Гидрогелевые листы могут впитывать воду в 100 раз больше своего веса

Автор: Сотрудники Мэриленд сегодня, 11 января 2023 г.

Исследователи UMD использовали лист гидрогеля (слева), чтобы поглотить примерно в три раза больше жидкости на водной основе, чем такие материалы, как марля.

Изображение Matter/Choudhary et al.

От пролитой газировки и брызг томатного соуса на кухне выручат бумажные полотенца, а в операционной марля часто впитывает кровь. Но исследователи из Университета Мэриленда создали лучший сборщик, используя гидрогель — желатиноподобный материал в форме сухого листа — который поглощает и удерживает примерно в три раза больше жидкости на водной основе.

Метод, представленный недавно в журнале Matter, позволяет получить впитывающий, складной и разрезаемый «гелевый лист», который однажды может найти применение на кухнях, в ванных комнатах или в медицинских учреждениях. В отличие от типичных гидрогелей, которые состоят из сети крупных молекул, известных как полимеры, которые впитывают воду в количестве, превышающем их вес в 100 раз, новый материал не становится хрупким и не крошится при высыхании.

«Мы заново представили, как может выглядеть гидрогель», — сказал автор исследования Шриниваса Рагхаван, профессор химической и биомолекулярной инженерии UMD. «Мы объединили желаемые свойства бумажного полотенца и гидрогеля».

Чтобы создать листы геля, исследовательская группа смешала кислоту, основание и другие ингредиенты гидрогеля в пакете с застежкой-молнией. Подобно тому, как уксус встречается с пищевой содой, смесь выделяет пузырьки углекислого газа внутри геля, создавая пористый и пенообразный материал. Затем пакет с застежкой-молнией помещали между стеклянными пластинами, образуя лист, а затем подвергали воздействию ультрафиолетового света, который удерживает жидкость вокруг пузырьков, оставляя после себя поры. Наконец, команда окунула лист в спирт и глицерин и высушила его на воздухе. Это позволило высушенному листу геля оставаться мягким и гибким, похожим на текстуру ткани.

«Насколько нам известно, это первый гидрогель, который, как сообщается, обладает такими тактильными и механическими свойствами», — сказал Рагхаван. Гелевые листы также оставались мягкими и гибкими в условиях окружающей среды в течение года, что указывает на стабильность. «Мы пытаемся достичь уникальных свойств с помощью простых исходных материалов».

Когда исследователи поместили лист геля на 25 миллилитров (0,8 унции) пролитой воды, лист набух и впитал его в течение 20 секунд, удерживая воду без капель. Однако тканевая прокладка впитала только около 60% воды, оставив капли.

Гелевый лист также хорошо справляется с густыми жидкостями, такими как сироп, кровь и даже с жидкостями, которые в миллион раз гуще воды. Исследователи обнаружили, что гелевый лист может поглотить почти 40 миллилитров (1,4 унции) крови в течение 60 секунд, в то время как марлевая повязка впитывает только 55% крови. Гелевый лист также хорошо удерживает жидкость, тогда как пропитанная кровью марля стекает.

По сравнению с гигиеническими прокладками, губками и марлей, гелевый лист впитывал в два раза больше крови, чем другие.

Далее команда планирует оптимизировать свои гелевые листы, увеличив впитывающую способность, укрепив материал, снизив стоимость и сделав листы многоразовыми. Исследователи также стремятся разработать гелевые пластины для поглощения масла.

Благодаря своей гибкой и впитывающей природе листы геля также могут остановить кровотечение из тяжелых ран в качестве повязки.

«Мне всегда интересно развивать наши изобретения дальше, чем просто публиковать статьи», — сказал Рагхаван. «Было бы замечательно применить это на практике».

Эта статья была адаптирована из выпуска Cell Press.

Исследовать

Химические и биомолекулярные инженерные исследования

Инженерная школа А. Джеймса Кларка