Nanotechnologia

Każdy z nas widział kiedyś, jak jego mama lub babcia wkładała sztuczne kwiatki w oślizgłe i dziwne w dotyku kulki. Jeśli jednak ktoś nie widział, prawdopodobnie interesuje się ogrodnictwem i dosypywał specjalne kolorowe kuleczki do doniczek z roślinami. Czy ktokolwiek wie, co to jest?

Wspomniane oślizgłe w dotyku kulki to nic innego jak hydrożele. Są one trójwymiarowymi materiałami zdolnymi do pochłaniania płynów. Składają się z łańcuchów polimerowych, które pod wpływem wody nasiąkają i pęcznieją. Dzięki temu hydrożel ma dwie postacie – postać suchą oraz postać mokrą. W postaci suchej przypomina nieco wyschniętego żelka, a w postaci mokrej zbliżony jest konsystencją do ślimaka. Hydrożele ze względu na obecność łańcuchów polimerowych znajdują szerokie zastosowanie w praktycznie każdej dziedzinie nauki.  

Metody syntezy można podzielić na chemiczne oraz radiacyjne, czyli inaczej naświetlania. W metodach chemicznych jako inicjatory polimeryzacyjne wykorzystuje się nadsiarczany. Polimer jest to długi łańcuch złożony z powtarzających się sekwencji, nazwanych monomer. Z greckiego mono oznacza pojedynczy, poli oznacza wiele, zatem przekształcenie monomeru polega na otrzymaniu wielokrotnej sekwencji pojedynczego ułożenia atomowego. Tworzenie trójwymiarowej sieci polega na powieleniu monomeru, który nie reaguje z dodanym inicjatorem, a jedynie wykorzystuje go jako sposób na aktywację bardziej trwałej struktury. Bardziej trwała struktura jest usztywnionym ciałem, a nie cieczą zależną od naczynia, w którym się znajduje. Więc teraz można ją wyciągnąć i wykorzystać. W przypadku syntezy chemicznej wykorzystującej inicjator otrzymuje się głównie nanokapsułki. Wykorzystać do tego można alkohol poliwinylowy, którego roztwór jest używany jako środek miejscowego stosowania w okulistyce w przypadku zespołu suchego oka. 

Chemiczne metody syntezy opierają się na aktywacji lepszej struktury, czyli wyciągnięciu ukrytego potencjału wewnętrznego w bezwładnej cieczy. Inaczej jest w przypadku metod radiacyjnych, ponieważ one dążą do trwałej zmiany wiązań chemicznych w polimerze. Inicjator w tym wypadku nie jest aktywatorem. Zadaniem inicjatora w metodach radiacyjnych jest dostarczenie energii niezbędnej do zmiany wiązań chemicznych. Po otrzymaniu energii struktura z bezwładnej cieczy również się zmienia, ale nie w nanokapsułki, lecz w utwardzony plasterek w kształcie naczynia, w którym był poddany promieniowaniu. 

Właściwości materiałów hydrożelowych zależą od wielu czynników. W zależności od wykorzystania, w którym planujemy wykorzystać materiał, musimy odpowiednio wybrać polimer. Większość polimerów używanych do otrzymania hydrożeli nie jest toksyczna dla organizmów żywych, ale mimo wszystko od polimeru zależy również twardość plasterka hydrożelowego lub nanokapsułki. 

Jedną z najbardziej charakterystycznych właściwości hydrożeli jest ich umiejętność gromadzenia płynów. Co za tym idzie, nadmiar wody z kwiatka jest wchłaniany w kuleczki, a nasza ukochana roślina nie obumiera z powodu przelania. Im bardziej hydrożel wchłania wodę, tym lepiej, ponieważ to właśnie ta właściwość uplasowała materiały hydrożelowe w czołówce najbardziej wszechstronnych materiałów. Nie dość, że zadba o stan roślin doniczkowych, to również może filtrować wodę. Hydrożel pełni również funkcję nośnika różnych substancji, zatem po otrzymaniu plasterka można go jeszcze dodatkowo naładować substancją dodatkową jak np. nanocząstkami srebra, które wyłapią toksyczne zanieczyszczenia wody.  

Połączenie umiejętności wchłaniania i magazynowania różnych substancji z wytrzymałością mechaniczną hydrożeli umożliwia również zastosowanie ich jako alternatywa dla klasycznych bandaży. Suche bandaże już od wielu lat nie sprawdzają się. Naukowcy ciągle zachodzą w głowę, w jaki sposób można je zastąpić. A jako że materiały hydrożelowe są nietoksyczne, jednym z rozwiązań są właśnie one. Przez to, że są giętkie, dopasowują się do ciała w miejscu często niedostępnym do obandażowania. Pochłaniając wysięki z ran, nie wysychają i nie narażamy później ran na ponowne otwarcie.  

Dlatego następnym razem, gdy ktoś spyta Was, jaki jest materiał przyszłości, odpowiedzcie śmiało „hej, a słyszałeś o hydrożelach?”. Nie dość, że wyleczą ranę, to jeszcze przefiltrują wodę, żeby się w lecie nie odwodnić.  

Źródła: 

https://suw.biblos.pk.edu.pl/resources/i6/i1/i5/r615/TyliszczakB_CharakterystykaMatryc.pdf 

https://doi.org/10.3390/polym16081034