Pijnloze pleister voor biomedische toepassingen kan met licht losgemaakt worden
Amerikaanse en Chinese onderzoekers hebben een nieuwe soort kleefstof ontwikkeld die natte materialen - zoals hydrogel en levend weefsel - zeer hecht aan elkaar kan kleven, en die makkelijk loslaat onder invloed van een specifieke frequentie van licht. De kleefstof kan gebruikt worden voor pleisters om wonden mee te verbinden, het toedienen van geneesmiddelen die door de huid worden opgenomen en het bevestigen van al dan niet medische robotica op de huid.
"Iets goed aan elkaar kleven vraagt meestal covalente bindingen, fysieke interacties, of een combinatie van beide", zei de eerste auteur van de studie Yang Gao in een persmededeling van de Harvard School of Engeneering an Applied Sciences. "Adhesie door covalente bindingen is moeilijk ongedaan te maken, en adhesie door fysieke interactie vereist meestal oplosmiddelen, wat veel tijd kan vergen en schadelijk voor het milieu kan zijn. Onze methode om licht te gebruiken om het losmaken teweeg te brengen, is niet-invasief en pijnloos."
Yang Gao is onderzoeker aan de Chinese Xi'an Jiaotong Universiteit, die samen met de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) de nieuwe kleefstof ontwikkeld heeft.
De kleefstof gebruikt een waterige oplossing van polymeerketens, verspreid tussen twee niet kleverige materialen, zoals jam tussen twee sneetjes brood. Op zich kleven de twee materialen slecht aan elkaar maar de polymeerketens werken als een moleculaire hechting, die de twee materialen aan elkaar hecht door een netwerk te vormen met de twee reeds bestaande netwerken van polymeren. Dat proces wordt topologische verstrengeling genoemd. Polymeren zijn doorgaans lange moleculen die bestaan uit een reeks identieke of soortgelijke delen die chemisch met elkaar verbonden zijn.
Als de kleefstof wordt blootgesteld aan ultraviolet licht, lost het netwerk van hechtingen op en komen de twee materialen los van elkaar.
Brede waaier van toepassingen
De onderzoekers testten onder leiding van professor Zhigang Suo van SEAS het aan elkaar kleven en losmaken van een heel aantal materialen. Zo kleefden ze hydrogels aan elkaar, hydrogels en organisch weefsel, elastomeren - kunststoffen met rubberachtige eigenschappen, namelijk een groot elastisch vermogen -, hydrogels en elastomeren, en hydrogels en niet-organische vaste stoffen.
"Onze strategie werkt voor een hele reeks materialen, en kan een brede waaier van toepassingen mogelijk maken", zei Kangling Wu, mede-hoofdauteur en onderzoeker aan de Xi'an Jiaotong Universiteit.
De onderzoekers hebben zich tot nu toegespitst op het gebruik van ultraviolet licht om de materialen weer van elkaar los te maken, maar uit hun werk blijkt dat de mogelijkheid bestaat dat de verbindende polymeer zou kunnen loslaten met bijna infrarood licht, een element dat toegepast zou kunnen worden voor een reeks van nieuwe medische procedures.
"In de natuur kleven natte materialen niet graag aan elkaar", zei Suo. "Wij hebben een algemene benadering ontdekt om deze uitdaging met succes aan te gaan. Onze moleculaire hechtingen kunnen natte materialen hecht met elkaar verbinden. Bovendien kan die sterke adhesie blijvend, tijdelijk of op vraag oplosbaar gemaakt worden, als antwoord op een signaal. Zoals wij het zien, zit de natuur vol met gaten die erop wachten om gehecht te worden."