Gel inspirovaný přírodou vysvětluje, proč je tato kachna přilepená
Dnes může tento materiál utěsnit trubky a odvážit oceán. Ale jednoho dne to může být použito při operaci nebo opravách pod vodou
Kachna gumové kachny přilepila na skálu u moře pomocí jednoho z hydrogelů vědců.
Hailong Fan a Hongguang Liao
Na břehu pláže v severním Japonsku vlny pummel gumové kachny tvrdohlavě přilepené ke skále. Díky novému supersticky hydrogelu podšívkou jeho základny se hračka nebude pohnout.
Hydrogely jsou měkké, želé podobné materiály používané v mnoha polích. V medicíně mohou oblékat rány a doručit drogy. V zemědělství mohou pomoci půdě držet více vody. Ale dělat látky lepkavé je těžké – a pod vodou, je to ještě tvrdší. Lepice se obvykle pod mokrým a slaným surfováním nedrží dobře.
Vědci omítli nový superadhesivní hydrogel na základně gumové kachny a opřeli ho na skálu u oceánu. Kachna se může držet po celá léta, říkají vědci.
Příroda však má řešení. Stvoření, jako jsou barnacles a mušle, přirozeně produkují proteiny, které jim umožňují držet se mokrých povrchů. Vědci, inspirovaní těmito adhezivními schopnostmi, prošli katalogy proteinových struktur těchto zvířat, aby napodobovali jejich nejlečežnější rysy. Poté vědci začlenili tyto proteinové struktury do hydrogelů a testovali je. Po spuštění několika experimentů tým přiváděl výsledky do systému strojového učení tak, aby mohl navrhnout hydrogel s ještě silnějším lepidlem. Systém přišel s Tři superadhesivní návrhysložený z různých proteinových struktur, které vědci popsali tento týden v Příroda.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Jonathan Barnes, polymerní vědec na Washingtonské univerzitě v St. Louis, který nebyl do studie zapojen, byl ohromen naprostou silou vylepšených hydrogelů. V jednom experimentu vědci použili jeden z gelů, aby spojili páry desek vyrobených z jednoho ze tří různých materiálů – peramických, skla a titanu – v tanku fyziologického roztoku. Každý lepený pár měl pod ním zavěšeno zatížení kilogramové hmoty. Gel se držel déle než rok. „Vydržet rok je neuvěřitelné,“ říká Barnes.
Vědci analyzovali aminokyselinové sekvence přirozeně se vyskytujících proteinových lepidel používaných organismy k dodržování mokrých povrchů. Identifikovali charakteristické sekvenční motivy, které byly poté použity k informování návrhu adhezivních hydrogelů, přičemž strojové učení bylo používáno k optimalizaci návrhů. Autoři tak identifikovali superadhezivní hydrogely, které fungují dobře pod vodou a které by mohly mít aplikace v chirurgickém a regeneraci tkáně a jako materiály pro použití na lodích a offshore strukturách.
Příroda; Zdroj: „De novo návrh super-adhezivních hydrogelů,“ od Hongguang Liao et al., In Nature, sv. 644; 7. srpna 2025 (odkaz)
Všechny tři hydrogely navržené umělé inteligencí vykazovaly podobnou sílu v umělé mořské vodě. Jeden však překonal ostatní, když byl testován v deionizované vodě, která je bez náboje a nenachází se v přírodě. Rozdíly v síle ukazují, že některé adhezivní materiály mohou být vybaveny pro konkrétní prostředí než jiné. „Nyní pracujeme na naladění tohoto rozdílu a testování je v různých podmínkách,“ říká spoluautor studie Jian Ping Gong, polymerní vědec na Hokkaido University v Japonsku. „Chceme také zlepšit a (najít) další formulace, které mohou například pracovat na kovu.“
Po syntetizaci ultrasticky gelů vědci vzali dva z nich na pole, aby vyzkoušeli své schopnosti v reálném světě. Vědci použili jeden gel k utěsnění otvoru na základně tří metrů dlouhé potrubí, která byla naplněna vodovodní vodou pro simulaci vysokotlakého úniku vody. A využili druhého k připevnění gumové kachny na skálu, aby viděli, jak dobře se tato technologie dařila v mořské vodě. Jednoho dne by tyto gely mohly vědcům pomoci vyvinout umělou pokožku nebo opravit podvodní a pobřežní struktury.
„(Studie) ukazuje na přísnější, rychlejší a spolehlivější mokré lepidla – pro lékařské těsnění, mořskou infrastrukturu a nouzové opravy,“ říká Ximin He, vědec materiálů, který studuje biologicky inspirované materiály na Kalifornské univerzitě v Los Angeles a nebyl zapojen do práce. „Playbook, kterou používají, by mohla zkrátit cestu z nápadu na materiál napříč mnoha aplikacemi, které ovlivňují každodenní život.“
