پوست انسان دارای خواص منحصر به فردی است که ساخت آن دشوار است، زیرا پوست ما هم قدرت و هم انعطاف‌پذیری بالا دارد و در عین حال توانایی قابل توجهی برای التیام خود در عرض ۲۴ ساعت پس از آسیب دارد. با این حال، دانشمندان در تلاشند تا با کمک ژل‌های خاص بتوانند پوست مصنوعی‌ای را طراحی کنند که خاصیت پوست واقعی را دارد و می‌تواند خیلی سریع خود را ترمیم کند. ما در زندگی روزمره با انواع مختلفی از ژل‌ها مانند محصولات مو، غذاها و حتی در بدن خود مواجه می‌شویم و دانشمندان دانشگاه آلتو از فنلاند و دانشگاه بایرویت در آلمان توانسته‌اند ژلی را سنتز کنند که بیشتر این ویژگی‌ها را دارد و می‌تواند در زمینه ترمیم زخم، ساخت روبات نرم، پوست مصنوعی و داروسازی کاربرد داشته باشد.

این محققان که در رشته علم مواد تخصص دارند، توانسته‌اند یک هیدروژل خود ترمیم شونده، انعطاف‌پذیر و بسیار قوی طراحی کنند که ویژگی‌های لازم برای ساخت یک پوست مصنوعی را دارد.

پیشرفتی در طراحی هیدروژل

محققان به منظور دستیابی به این ویژگی‌ها در هیدروژل سفت و سخت، از نانوصفحات خاکی بسیار نازک استفاده کردند. این صفحات یک شبکه درهم تنیده متراکم از پلیمرها را ایجاد کردند که هیدروژل‌ها را تقویت می‌کرد و از نرمی بیش از حد آنها جلوگیری می‌کرد. آنها همچنین توانایی خود ترمیم ژل را افزایش دادند.

محققان پودری از مونومرها را با آب حاوی نانوصفحات مخلوط کردند و سپس این ترکیب را زیر یک لامپ فرابنفش قرار داند.

«چن لیانگ»، یکی از محققان این پروژه، توضیح می‌دهد: تابش نور فرابنفش از لامپ باعث می‌شود که مولکول‌های منفرد به یکدیگر متصل شوند تا همه چیز به یک جامد الاستیک - یک ژل تبدیل شود. نوآوری مورد بحث به شدت بر تعاملات بعدی پلیمرها متکی است.‌

«هانگ ژانگ»، محقق دانشگاه آلتو» می‌گوید: درهم‌ تنیدگی به این معناست که لایه‌های پلیمری نازک مانند نخ‌های پشمی کوچک به دور یکدیگر می‌پیچند، اما به صورت کاملا تصادفی. هنگامی که پلیمرها کاملاً در هم پیچیده می‌شوند، از یکدیگر قابل تشخیص نیستند. آنها در سطح مولکولی بسیار پویا و متحرک هستند و وقتی آنها را برش می‌دهید، دوباره شروع به در هم تنیدگی می‌کنند.

به گفته محققان، روند بهبودی این ترکیب فوق‌العاده سریع است. هیدروژل در چهار ساعت اول پس از برش ۸۰ تا ۹۰ درصد ترمیم می‌شود و پس از ۲۴ ساعت به طور کامل ترمیم می‌شود. این هیدروژل دارای حدود ۱۰ هزار لایه نانوصفحه در نمونه‌ای به ضخامت یک میلی‌متر است که به آن اجازه می‌دهد تا به سفتی شبیه پوست انسان دست یابد و در عین حال آن را قادر می‌سازد تا بدون پاره شدن کشیده شود.

مواد الهام گرفته از طبیعت با پتانسیل دنیای واقعی

محققان می‌گویند: این کار نمونه‌ای هیجان‌انگیز از الهام گرفتن از مواد بیولوژیکی است که به ما امکان دنبال ترکیب‌های جدیدی از خواص برای مواد مصنوعی را می‌دهد. با این ترکیب می‌توان ربات‌هایی با پوست‌های مقاوم و خود ترمیم شونده یا بافت‌های مصنوعی ساخت که به طور مستقل خود را ترمیم می‌کنند.

به گفته محققان، این نوعی کشف اساسی است که می‌تواند قوانین طراحی متریال را بازنویسی کند.

پس از توسعه و تحقیقات بیشتر برای اهداف تجاری، بافت‌های مصنوعی خود ترمیم شونده، ربات‌های انعطاف‌پذیر با لایه‌های بیرونی محافظ و مواد پزشکی که می‌توانند به طور مستقل آسیب را ترمیم کنند، از این مطالعه سود خواهند برد.