قد يمهد نوع جديد من الهيدروجيل طريقًا جديدًا لإنتاج الغضروف الاصطناعي وتطبيقات أخرىإن سر جعل المادة أقل هشاشة هو جعلها أكثر هشاشة، على الأقل على المستوى المجهري. عندما تتحطم مادة مثل الزجاج، فإن الجزيئات الموجودة على سطح الشظايا فقط هي التي تشارك في هذه العملية. يبقى هيكل المادة داخل كل جزء من الكسور دون تغيير بشكل أساسي. ولتقليل هشاشة المواد، قام الباحثون بتصميمها بحيث يتم توزيع الضغط الميكانيكي أيضًا تحت السطح. يمنع هذا التشتت تقدم الشقوق ويمنع الجسم من الانكسار مسبقًا.
الائتمان: توماس فوكس
قام زيجانج سو - من جامعة هارفارد - وزملاؤه بتطبيق هذا المبدأ على عائلة من المواد تسمى الهلاميات المائية. تتكون هذه المواد من الماء وشبكة من الجزيئات الطويلة تسمى البوليمرات، والتي تعمل بمثابة السقالات. تشبه الهلاميات المائية الخاصة بـ Soo المطاط في خصائصها الخارجية. فهي قادرة على التمدد بطول أكبر 20 مرة من طولها الأصلي دون تمزق. وبالمقارنة، يتمزق الشريط المطاطي العادي بعد تمديده ست مرات، كما يقول سو. كما أن المادة الجديدة صلبة بشكل غير عادي، وهي ميزة تعني من الناحية الفنية القدرة على امتصاص الضغط أو التمدد أو التأثير الناتج عن الضربة دون أن تنكسر. الطاقة اللازمة لتكسير الهلام المائي الجديد أعلى بعشر مرات من المواد المماثلة الأخرى.
الهلاميات المائية المحضرة حتى الآن ليست جامدة وتنهار عند الاصطدام مثل التوفو. يكمن سر هيدروجيل سو في حقيقة أنه يتكون من نوعين من هيكل البوليمر وليس واحد. النوع الأول يتم إنتاجه من سلاسل الكربوهيدرات المستخرجة من الطحالب. يتم ربط السلاسل معًا بواسطة أيونات الكالسيوم التي لها شحنة كهربائية موجبة، ويتم تنظيمها بشكل مشابه لجانبي السحاب.
يتم إنشاء سقالة ثانوية من بوليمر صناعي ترتبط سلاسله الطويلة ببعضها البعض بروابط قوية. وعند ضرب المادة تنفصل السلاسل المنتجة من الطحالب عن بعضها البعض وتتناثر أيونات الكالسيوم في الماء. تعمل الشبكة الثانوية على تبديد الضغط وإيصاله إلى عمق أكبر تحت سطح منطقة الشق. وبهذه الطريقة يتم تشتيت الطاقة في حجم أكبر من المادة. وبعد توقف القوة الخارجية، تعيد المادة بناء نفسها لأن أيونات الكالسيوم تنجذب إلى الشحنات السالبة الموجودة على سلاسل التسارع المنفتحة وتعيد ضغط الهيكل الرئيسي.
المادة الجديدة ليست جاهزة بعد للاستخدام الفوري، لكنها توضح أن الهلاميات المائية قد تكون قوية بما يكفي لاستخدامها في تطبيقات مثل هندسة الأنسجة والأطراف الصناعية. يقول سو: "في الوقت الحاضر، من الصعب جدًا استبدال الغضروف التالف". يجب أن يكون أي بديل صناعي بنفس قوة المادة الطبيعية على الأقل. نشر سو وزملاؤه عملهم في 6 سبتمبر 2012 في مجلة Nature.
يقول جيان بينجونج من جامعة هوكايدو، الذي قاد في عام 2003 الفريق الذي قام لأول مرة بإعداد الهلاميات المائية بشبكة داخلية مزدوجة، إن الطاقة اللازمة لتكسير الهلاميات المائية الجديدة "مثيرة للإعجاب حقًا". لكن قونغ يؤكد أن عملية الإصلاح الذاتي للمادة الجديدة بطيئة، وتستغرق عدة ساعات، ولم تكتمل بعد. سوف تتطلب التطبيقات العملية مواد قادرة على إصلاح نفسها بالكامل في فترة زمنية أقصر.
