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Graphene Oxid verleiht Algen Hydrogel Rückgrat.

Tasuns Composite Technology Co., Ltd | Updated: Nov 27, 2018

Forscher an der Brown University haben einen Weg gefunden, Graphene Oxid (GO) verwenden, um einige Rückgrat Hydrogel Materialien aus Alginat, hinzufügen ein natürlichen Materials abgeleitet aus Algen, die derzeit für eine Vielzahl von biomedizinischen Anwendungen verwendet wird. In einer Publikation inCarbon, die Forscher beschreiben eine 3D Druckverfahren zur Herstellung von komplizierten und langlebige Alginat-GO-Strukturen, die viel steifer Fraktur widerstandsfähiger als Alginat allein und.

"Ein limitierender Faktor bei der Verwendung von Alginat Hydrogele ist, dass sie sehr empfindlich sind-sie neigen dazu, bei mechanischer Belastung oder in niedrigen Salzlösungen, auseinander zu fallen", sagte Thomas Valentin, ein Doktorand in Browns School of Engineering, die die Arbeit geführt. "Was wir gezeigt ist, indem Graphene Oxid Nanosheets, können wir diese Strukturen wesentlich robuster machen."

Das Material ist auch in der Lage, immer härtere oder weichere als Reaktion auf verschiedene chemische Behandlungen, was bedeutet, dass es verwendet werden könnte, um "intelligente" Materialien machen, die auf ihre Umgebung in Echtzeit reagieren können. Darüber hinaus behält sich Alginat-GO Alginat Fähigkeit, Öle, abstoßen, geben das neue Material Potenzial als eine robuste Antifouling-Beschichtung.

Das 3D Druckverfahren verwendet, um das Material bekannt als Stereolithographie. Hierbei wird einen UV-Laser gesteuert durch ein CAD-System zur Ablaufverfolgung Muster auf der Oberfläche einer photoaktiven Polymerlösung verwendet. Das Licht bewirkt, dass die Polymere zu verknüpfen, solide 3D-Strukturen aus der Lösung bilden. Der Raytracing-Vorgang wird wiederholt, bis ein ganzes Objekt Schicht für Schicht von unten aufgebaut wird. In diesem Fall erfolgte die Polymerlösung mit Natriumalginat gemischt mit Platten aus Graphen-Oxid, ein Kohlenstoff-basierte Material, das ein-Atom-Dicke Nanosheets, die stärker Pound bildet-for-Pound als Stahl sind.

Ein Vorteil dieses Druckverfahren ist, dass die Natriumalginat Polymere durch ionische Bindungen miteinander verbinden. Diese Anleihen sind stark genug, um das Material zusammen zu halten, aber sie können durch bestimmte chemischen Behandlungen gebrochen werden. Das gibt dem Material die Möglichkeit, dynamisch auf äußere Reize reagieren. Zuvor zeigten die braun Forscher, dass diese "ionische Vernetzung" verwendet werden kann, erstellen Alginat-Materialien, die abgebaut on-Demand, schnell auflösen, wenn Sie mit einer Chemikalie behandelt, die Ionen aus der internen Struktur des Materials hinwegfegt.

Für diese neue Studie wollten die Forscher beobachten, wie Graphene Oxid die mechanischen Eigenschaften von Alginat Strukturen verändern könnte. Sie zeigten das Alginat-GO doppelt so steif wie Alginat allein und weit widerstandsfähiger gegen Ausfall durch Rissbildung erfolgen könnte.

"Der Zusatz von Graphene Oxid Alginat Hydrogel mit Wasserstoff-Bindung stabilisiert", sagte Ian Wong, Assistant Professor of Engineering bei Braun und das Papier-senior-Autor. "Wir denken, dass die Bruchfestigkeit durch Risse haben einen Umweg um die eingestreuten Graphene Blätter machen anstatt in der Lage, Recht aber homogene Alginat ist."

Die zusätzliche Steifigkeit konnten die Forscher um Strukturen mit überhängenden Teilen, Drucken mit Alginat allein nicht möglich gewesen wäre. Aber die erhöhte Steifigkeit nicht verhindern, dass Alginat-GO reagieren auf äußere Reize wie Alginat allein kann. Die Forscher zeigten, dass die Materialien in einer Chemikalie, die die Ionen entfernt Baden sie ließ aufquellen und wurde viel weicher. Die Materialien gewann ihre Steifigkeit dann wieder, als Ionen von Baden sie in ionische Salze restauriert wurden. Experimente zeigten, dass die Materialien Steifigkeit über einen Faktor von 500 durch Variation ihrer externen Ionischen Umgebung optimiert werden konnte.

Diese Fähigkeit, die Steifigkeit zu ändern könnte machen Alginat-GO in einer Vielzahl von Anwendungen nützlich, sagen die Forscher, einschließlich dynamischer Zellkulturen.

"Sie könnte mir vorstellen, ein Szenario, wo man lebende Zellen in einer steifen Umgebung Bild und ändern Sie dann sofort zu einer weicheren Umgebung zu sehen, wie die gleichen Zellen reagieren könnte," Valentin sagte. Das wäre nützlich für das Studium, wie Krebszellen oder Immunzellen durch verschiedene Organe im ganzen Körper wandern.

Und weil Alginat-GO die mächtigeren ölabweisende Eigenschaften des reinen Alginat behält, könnte das neue Material eine ausgezeichnete Beschichtung zu verhindern, dass Öl und anderen Schmutz auf Oberflächen. In einer Reihe von Experimenten zeigten die Forscher, dass eine Beschichtung von Alginat-GO könnte Öl von Verschmutzung der Oberfläche des Glases in stark salzhaltigem Bedingungen halten. Das Alginat-GO Hydrogele nützlich für Beschichtungen und Strukturen in marine-Einstellungen machen könnte, sagen die Forscher.

"Diese Verbundwerkstoffe verwendet werden könnte als ein Sensor im Ozean, der Lesungen während einer Ölpest einnehmen kann, oder eine Antifouling-Beschichtung, die hilft, um Schiffsrümpfe sauber zu halten," sagte Wong. Die zusätzliche Steifigkeit durch die Graphen gewährte würde solche Materialien oder Beschichtungen weit haltbarer als Alginat allein machen.

Die Forscher planen weiter experimentieren mit dem neuen Material auf der Suche nach Möglichkeiten, um ihre Produktion zu optimieren und weiterhin ihre Eigenschaften zu optimieren.