Các kỹ sư thuộc Viện công nghệ Massachusetts (MIT) đã đưa ra một phương pháp sản xuất hydrogel dính, tổng hợp chứa hơn 90% nước. Đây là vật liệu trong suốt giống cao su, có thể bám chắc vào các bề mặt như kính, silicon, gốm, nhôm và titan sánh ngang liên kết giữa gân và sụn trong xương. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature Materials.
Trong các thí nghiệm chứng minh độ bám dính của hydrogel, nhóm nghiên cứu đã gắn một hình vuông hydrogel nhỏ giữa 2 tấm kính và treo một quả cân khoảng 25 kg vào. Ngoài ra, các nhà khoa học còn dán hydrogel lên một tấm bán dẫn silicon, sau đó dùng búa để đập. Mặc dù silicon vỡ, nhưng các mảnh silicon vẫn ở nguyên vị trí.
Độ bền khiến cho hydrogel mới trở thành ứng cử viên lý tưởng cho lớp sơn bảo vệ trên các bề mặt dưới nước như tàu thuyền và tàu ngầm. Vì hydrogel tương thích sinh học, nên có thể phù hợp cho một loạt ứng dụng y tế như lớp phủ y sinh cho ống thông tiểu và cảm biến cấy ghép vào cơ thể.
“Bạn có thể tưởng tượng ra những ứng dụng mới với vật liệu rất chắc, dính và mềm này”, PGS Xuanhe Zhao - đồng tác giả nghiên cứu nói. Nhóm nghiên cứu hiện đang thăm dò khả năng sử dụng hydrogel cho rô bốt mềm, trong đó vật liệu được dùng làm gân và cơ tổng hợp hoặc trong các khớp nối đàn hồi.
Một hydrogel dai, dẻo liên kết chắc chắn, cần có 2 đặc điểm, đó là: tiêu hao năng lượng và bu lông neo hóa chất (chemical anchorage). Một hydrogel tiêu hao năng lượng, về cơ bản có thể co giãn mạnh mà không giữ lại toàn bộ năng lượng được sử dụng cho thao tác này. Hydrogel neo hóa chất dính chặt vào một bề mặt bằng cách liên kết cộng hóa trị mạng polyme của nó với bề mặt đó.
Trong quá trình phát triển hydrogel mới, Yuk đã trộn dung dịch nước với một thành phần làm tiêu hao năng lượng tạo thành vật liệu cao su, co giãn. Sau đó, ông đã đặt hydrogel lên các bề mặt khác nhau như nhôm, sứ, thủy tinh và titan, mỗi bề mặt được biến đổi bằng Silane chức năng (SiH4), các phân tử tạo liên kết hóa học giữa mỗi bề mặt và hydrogel của nó.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra liên kết của hydrogel bằng thử nghiệm bóc tách thông thường, trong đó họ đã đo lực cần để tách hydrogel khỏi bề mặt. Kết quả cho thấy, liên kết của hydrogel chắc cỡ 1.000 J/m2bằng gân và sụn trong xương.
Nhóm nghiên cứu đã so sánh các kết quả này với các hydrogel hiện có cũng như với các chất đàn hồi, băng dính và gel hạt nano và phát hiện thấy các chất kết dính hydrogel mới vừa có hàm lượng nước cao hơn lại vừa có khả năng liên kết mạnh hơn.
Ngoài kiểm tra độ bền của hydrogel bằng búa và trọng lượng, nhóm nghiên cứu đã thăm dò khả năng sử dụng nó trong các khớp xương rô bốt bằng cách dùng các quả cầu nhỏ của hydrogel để kết nối các đường ống ngắn nhằm mô phỏng chân tay rô bốt.
“Hydrogel có thể hoạt động như thiết bị truyền động”, PGS. Zhao nói. “Thay vì sử dụng các bản lề thông thường, bạn có thể sử dụng vật liệu mềm này với các vật liệu cứng ngắc, tạo cho rô bốt sự thoải mái hơn”.
Các nhà nghiên cứu cũng xem xét ứng dụng của hydrogel như vật dẫn điện. Nhóm đã cho muối vào một mẫu hydrogel và gắn hydrogel vào 2 tấm kim loại được kết nối qua các điện cực đến một đèn LED. Kết quả là hydrogel kích hoạt dòng ion muối trong mạch điện, cuối cùng thắp sáng đèn LED.
Các nhà khoa học đang quan tâm đến việc thăm dò khả năng sử dụng hydrogel trong rô bốt, cũng như trong các thiết bị điện tử sinh học.
Nguồn: Tạp chí khoa học và công nghệ Việt Nam