Новый метод синтеза с помощью света превращает воду в гель с регулируемой прочностью

Красные и бурые водоросли содержат большое количество альгиновой кислоты - полимера, который имеет резиноподобную, вязкую текстуру. Соли этой кислоты в сочетании с разными металлами (альгинатные гидрогели) часто применяются в пищевой промышленности как загустители и в медицине как составляющие оболочек лекарственных препаратов.

Авторы методики утверждают, что для получения гидрогелей с регулируемыми свойствами достаточно просто выдержать водный раствор альгината и комплексного соединения железа на свету.

Однако современные способы изготовления альгинатных гелей на водной основе, как правило, являются несовершенными. Чаще всего такие материалы создаются путем добавления к раствору альгината соли требуемого металла, к примеру, железа.

Такой состав моментально начинает затвердевать, и материал получает неоднородную структуру. Он становится более плотным, жидким внутри и гелеобразным снаружи, что делает его очень неустойчивым к механическим воздействиям.

Ученые ИОХ РАН, ИНЭОС РАН и Сколтеха разработали новый способ синтеза однородных гидрогелей с регулируемой прочностью.

Они заменили соли железа комплексным соединением этого же металла, которое распадается при воздействии света. Эксперименты показывают, что эта смесь до 30 дней может сохранять жидкую консистенцию, если находится в темноте.

При попадании на гель света он начинает застывать. Высвобождающиеся при этом ионы железа "встраиваются" в соединения молекул, связывая их в сеть.

Процесс затвердевания длится всего 30 минут - за это время прозрачный раствор превращается в твердое вещество оранжевого цвета. Яркий окрас гидрогеля обеспечивают высвободившиеся из комплексного соединения ионы металла.

При помощи предложенной методики ученые получили четыре вида альгинатных гидрогелей. Варианты материалов, в которых комплекс железа по объему был равен количеству полимера, оказались в 10 раз прочнее и устойчивее к влаге, чем образцы, где соединений металла было в 4 раза меньше. Исследователи объясняют это большим количеством жестких сшивок между нитями полимера.

Разработчики испытали самый прочный гидрогель в качестве клея для стекла. Для этого при помощи раствора соединили два стекла и оставили их на полчаса на свету. Склеивание было настолько прочным, что шов мог выдержать нагрузку, сравнимую с давлением 1 кг на 1 квадратный сантиметр.

Эти показатели сравнимы по свойствам с лучшими гидрогелевыми клеями. За счет облучения новая технология дает возможность контролировать точки склеивания. Это гарантирует равномерное распределение клея между соединяемыми поверхностями и предотвращение его досрочного застывания.

Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы РНФ, опубликованы в журнале Chemical Communications.