Новий гідрогель допоже в мікроопераціях лікарям
Учені з США, Південної Кореї і Японії розробили захоплення для невеликих тендітних і нетривких об'єктів — наприклад, фрагментів живих тканин. Воно складається з перпендикулярних каналів, які можуть розширюватися і звужуватися під дією тепла і тим самим збільшувати або зменшувати рівень адгезії. Стаття опублікована в журналі Science Advances.
В останні роки вчені та медики домоглися великих успіхів у створенні штучних конструктів тканин, в тому числі тонких плівок товщиною в кілька клітин. Також просунулися вперед і розробки по сітчастим електродам для реєстрації активності нейронів або навпаки їх стимуляції. В обох випадках при імплантації тканини або електродів лікарям доводиться мати справу з об'єктами, які вимагають дуже обережного поводження.
Учені під керівництвом Кон Хьон Джуна (Hyunjoon Kong) з Іллінойського університету в Урбані-Шампейн і Університету Енсе створили плоске захоплення, здатне прикріплятися до тонких зразків. Основна частина захоплення (яка контактує з предметами) - це кругла плівка з безліччю мікроканалів. Дослідники створили її за допомогою виморожування PNIPAAm-гідрогелю (N-isopropylacrylamide). Вони помістили водний розчин з прекурсорами на посудину з рідким азотом. Через це водна частина розчину стала застигати і утворювати окремі кристали, а інші компоненти через зменшену розчинність стали концентруватися на краях кристалів. Також важлива деталь процесу полягає в тому, що, оскільки охолодження азотом велося тільки з одного боку, в розчині виникав градієнт температури і кристали льоду росли з дна до верхньої частини посудини. В результаті в ньому утворилися стовпчасті кристали льоду з невеликими (близько 200 нанометрів) стінками з полімерного прекурсору між ними, який потім полімеризували за допомогою ультрафіолетового випромінювання. Після видалення льоду залишилася пластина з гідрогелю з вертикальними каналами із середнім діаметром близько 20 мікрометрів.
Ця пластина здатна утримувати предмети завдяки комбінації її будови і властивостям матеріалу. Річ у тому, що гідрогель, з якого складається пластина, при нагріванні вище 32 градусів Цельсія переходить у висушений стан і значно зменшується в розмірах. При нагріванні пластини її канали зменшуються і в них утворюється негативний (відносний) тиск, який притискає притулений предмет. Для зручності нагрівання дослідники наклеїли на верхню частину пластини масив мідних електродів, який при подачі струму швидко і рівномірно збільшує температуру і тим самим активує захоплення. Щоб захопити предмет, пластину необхідно нагріти, притулити, потім припинити нагрівання, щоб вона охолола і мікроканали зменшилися, перенести в потрібне місце і знову розширити канали нагріванням.
Після створення захоплення автори показали його потенційне застосування в медицині. В одній з демонстрацій вони успішно перемістили плівку з міобластів на м'язову тканину, в інший зуміли доставити плівку зі стовбурових клітин на рогівку живого кролика і потім підтвердили гістологічними дослідженнями, що стовбурові клітини прикріпилися до верхнього шару рогівки. Також вони змогли без пошкоджень перемістити на поверхню свинячого серця масив електродів товщиною в мікрометр. Після цього вони за допомогою додаткових електродів стимулювали м'язи серця і зчитували активність масивом електродів, нанесених за допомогою нового захоплення. Отримані свідчення були майже ідентичні тим, які подавалися на стимулюючі електроди.