Geelin rakenne yhdistää mekaanisen jäykkyyden, taipuisuuden ja itsekorjautuvuuden.

Se on yhtä vahvaa, joustavaa ja pehmeää kuin iho. Jos se vaurioituu, se korjaa itsensä lähes täysin vain vuorokaudessa.

Kestävä iho roboteille

Olli Ikkalan mukaan tutkimus on esimerkki siitä, kuinka biologisten materiaalien ominaisuudet innoittavat kehittämään vastaavia uusia toiminnallisuuksia synteettisiin materiaaleihin.

”Tulevaisuudessa meillä voi olla esimerkiksi robotteja, joilla on kestävä, itsestään paraneva iho, tai synteettisiä kudoksia, jotka korjaavat itse itsensä”, Ikkala kuvailee tiedotteessa.

”Arkielämän sovelluksiin on vielä matkaa, mutta tutkimustulos voi uudistaa tapaa tehdä materiaalisuunnittelua.”

Hydrogeelejä voidaan hyödyntää myös esimerkiksi lääkkeiden annostelussa ja haavojen parantamisessa.

Tutkimusartikkelin julkaisi Nature Materials -lehti.

Salaisuutena superohuet nanolevyt

Hydrogeeli sisältää veteen liuenneita polymeerejä, ja se on normaalisti pehmeää ja kuohkeaa.

”Jäykkiä, vahvoja ja itsestään korjaantuvia hydrogeelejä on hyvin vaikea valmistaa”, Zhang kuvailee tutkijoiden haastetta.

Tutkijat päättivät lisätä geeliin pinta-alaltaan erittäin suuria ja samalla superohuita nanolevyjä. Yhden millimetrin sisällä on 10 000 nanolevytasoa.

Näin saatiin aikaan järjestäytynyt rakenne, jossa nanolevyjen väleissä on valtava määrä toisiinsa kietoutuvia polymeerejä. Materiaalin itsekorjautuvuus on seurausta juuri tästä.

Nanolevylisäys paransi myös hydrogeelin mekaanisia ominaisuuksia.

Molekyyleilla riittävä liikkuvuus

Keinoiho on nykyisin joko hyvin pehmeää ja itsekorjautuvaa tai hyvin jäykkää, jolloin se ei osaa korjata itse itseään.

“Meidän materiaalimme ratkaisee ongelman yhdistämällä kestävyyden riittävään molekyylien liikkuvuuteen, mikä taas mahdollistaa itsekorjautumisen”, Zhang selittää.

Keskeistä on, että saven kaltaiset nanolevyt turpoavat veden vaikutuksesta erittäin tasaisesti. Ilmiö vastaa sitä, että tulostuspaperit asettuisivat spontaanisti senttimetrin etäisyydelle toisistaan.

Päivi Ikonen