Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Northeastern ανέπτυξαν ένα νέο υδρογέλωμα (hydrogel) το οποίο διαθέτει την ιδιότητα να αυτοθεραπεύεται σε ελάχιστα λεπτά, ενώ παράλληλα είναι πλήρως ανακυκλώσιμο. Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Advanced Materials με τίτλο «True Closed-Loop Recyclable Hydrogels Enabled by Imine Boronic Ester Crosslinking».
Αντικατάσταση των μόνιμων δεσμών
Τα συμβατικά υδρογελώματα συγκρατούν μεγάλες ποσότητες νερού σε ένα πλέγμα πολυμερών, το οποίο σταθεροποιείται από μόνιμους χημικούς δεσμούς. Αυτοί οι δεσμοί καθιστούν τα υλικά εξαιρετικά ανθεκτικά, αλλά παράλληλα αδύνατον να διαλυθούν ή να ανακυκλωθούν, συμβάλλοντας στη συσσώρευση απορριμμάτων.
Η ερευνητική ομάδα αντικατέστησε τους μόνιμους δεσμούς με αναστρέψιμους δεσμούς εστέρων βορονικού οξέος και ιμίνης. Η αλλαγή αυτή επέτρεψε την πλήρη αποσυναρμολόγηση του πολυμερικού πλέγματος, την ανάκτηση όλων των αρχικών συστατικών και την ανακατασκευή του αρχικού υλικού. Στις δοκιμές, οι ανακυκλωμένες εκδόσεις του υδρογελώματος παρουσίασαν σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη καλύτερη απόδοση από την αρχική.
Μηχανισμός αυτοθεραπείας και ανακύκλωσης
Η αποσυναρμολόγηση των δεσμών ενεργοποιείται ανάλογα με το επίπεδο οξύτητας (pH) του περιβάλλοντος. Όταν η οξύτητα ξεπεράσει ένα συγκεκριμένο όριο, οι δεσμοί σπάνε, ενώ σε διαφορετικές συνθήκες το υλικό διατηρεί τη δομή του.
Παράλληλα, η παρουσία του νερού στο εσωτερικό του πλέγματος διατηρεί τους δεσμούς σε μια δυναμική κατάσταση συνεχούς διάσπασης και επανασύνδεσης. Κατά τις δοκιμές, όταν το υδρογέλωμα κόπηκε στα δύο και τα κομμάτια τοποθετήθηκαν ξανά μαζί, η διαχωριστική γραμμή άρχισε να εξαφανίζεται μέσα σε περίπου 15 λεπτά καθώς σχηματίζονταν νέες συνδέσεις.
Εφαρμογές και προοπτικές
Τα υδρογελώματα χρησιμοποιούνται σε ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως φακοί επαφής, επιθέματα τραυμάτων, πάνες, συστήματα χορήγησης φαρμάκων και καθαρισμός νερού. Η δυνατότητα δημιουργίας ανθεκτικών αλλά πλήρως ανακυκλώσιμων και αυτοθεραπευόμενων υλικών προσφέρει λύσεις για τη μείωση των βιομηχανικών αποβλήτων και την παράταση της διάρκειας ζωής των προϊόντων.
