تاکنون تلاش‌های علمی برای تولید ژل‌هایی با خصوصیات مشابه پوست، تنها موفق به دستیابی به یکی از این ویژگی‌ها شده بودند؛ یا استحکام بالا و یا خودترمیمی. اما اکنون محققان توانسته‌اند نوعی هیدروژل با ساختاری نوآورانه تولید کنند که این محدودیت‌ها را پشت سر گذاشته و راه را برای کاربردهایی مانند تحویل دارو، ترمیم زخم، حسگرهای رباتیک نرم و حتی پوست مصنوعی هموار کرده است.

در پژوهشی جدید، دانشمندان دانشگاه آلتو واقع در کشور فنلاند، نانوساختارهای ویژه‌ای از جنس صفحات فوق‌العاده نازک و بزرگ از خاک رس را به هیدروژل‌های معمولی که ماهیتی نرم دارند، اضافه کردند. این ترکیب باعث ایجاد ساختاری منظم با درهم‌تنیدگی متراکم پلیمرها در میان نانوساختارها شد. این ویژگی نه‌تنها استحکام مکانیکی هیدروژل را افزایش داده، بلکه قابلیت خودترمیمی را نیز در آن ممکن ساخته است.

تیم تحقیقاتی، این ماده جدید را با فرایندی ساده تولید کرده است که شباهت زیادی به پخت و پز دارد. در این روش، پودری از مونومرها با آبی که حاوی نانوساختارهاست، مخلوط شد و سپس در معرض نور فرابنفش قرار گرفت، مشابه روشی که برای خشک کردن لاک ژلی استفاده می‌شود. نور فرابنفش باعث اتصال مولکول‌های منفرد به یکدیگر شده و در نتیجه، یک ماده ژل‌مانند الاستیک شکل می‌گیرد.

ویژگی منحصربه‌فرد این ماده در نحوه‌ قرارگیری لایه‌های نازک پلیمر و تعامل آن‌ها با یکدیگر نهفته است. زمانی که پلیمرها کاملاً در هم تنیده می‌شوند، تشخیص آن‌ها از یکدیگر دشوار می‌شود. این ساختار دینامیک و متحرک در سطح مولکولی، به هیدروژل این امکان را می‌دهد که پس از برش، دوباره خود را ترمیم کند.

این هیدروژل جدید می‌تواند تنها چهار ساعت پس از برش، تا ۹۰ درصد بهبود یابد و ظرف ۲۴ ساعت، به طور کامل ترمیم شود. علاوه بر این، در هر میلی‌متر از ضخامت این هیدروژل، ۱۰ هزار لایه نانوساختار وجود دارد که به آن استحکامی مشابه پوست انسان و سطح بالایی از انعطاف‌پذیری می‌بخشد.

محققان این پروژه بر این باورند که کشف این سازوکار برای تقویت هیدروژل‌های معمولی، می‌تواند تحولی اساسی در توسعه‌ی مواد جدید با ویژگی‌های زیست‌الهام‌گرفته ایجاد کند. این ماده می‌تواند در آینده نقش مهمی در بهبود زخم‌ها، طراحی بافت‌های مصنوعی و فناوری‌های زیستی ایفا کند.

نتایج این پژوهش در نشریه‌ معتبر Nature Materials منتشر شده اند.