Các nhà khoa học từ Đại học Aalto (Phần Lan) và Đại học Bayreuth (Đức) vừa đạt bước đột phá trong lĩnh vực khoa học vật liệu khi phát triển thành công một loại hydrogel có khả năng tự phục hồi nhanh chóng, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong y tế, chế tạo robot mềm và da nhân tạo.

Da người có khả năng kết hợp độ bền, tính đàn hồi và khả năng tự chữa lành ấn tượng - một đặc tính hiếm có mà các vật liệu tổng hợp trước đây khó có thể mô phỏng hoàn chỉnh. Tuy nhiên, nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Materials đã khắc phục được hạn chế này.

Hydrogel mới có thành phần chính là nước, nhưng nhờ vào việc sử dụng các tấm nano đất sét siêu mỏng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một mạng lưới polymer rối, giúp vật liệu không chỉ bền chắc mà còn giữ được độ mềm dẻo và khả năng tự phục hồi đáng kinh ngạc.

Quá trình chế tạo hydrogel bắt đầu bằng việc trộn một loại bột monomer với nước chứa các tấm nano đất sét. Sau đó, hỗn hợp được tiếp xúc với bức xạ UV, kích thích các phân tử liên kết với nhau để tạo thành chất rắn đàn hồi.

"Những sợi polymer trong hydrogel hoạt động như các sợi len nhỏ, đan vào nhau theo trật tự ngẫu nhiên. Khi bị cắt, chúng có thể tự tái kết nối, giúp vật liệu nhanh chóng khôi phục hình dạng ban đầu”, chuyên gia Hang Zhang từ Đại học Aalto cho biết.

Thử nghiệm cho thấy hydrogel có thể tự phục hồi đến 80-90% chỉ trong vòng 4 giờ đầu tiên sau khi bị cắt và phục hồi hoàn toàn sau 24 giờ. Với cấu trúc gồm khoảng 10.000 lớp tấm nano trong một nguyên mẫu dày 1 mm, hydrogel đạt độ cứng tương đương da người nhưng vẫn có khả năng kéo giãn đáng kể.

"Nghiên cứu mới là ví dụ thú vị về cách vật liệu sinh học truyền cảm hứng cho chúng ta tìm ra những sự kết hợp đặc tính mới cho vật liệu tổng hợp. Hãy hình dung robot với lớp da bền chắc, tự phục hồi hoặc những mô tổng hợp tự phục hồi nhanh chóng. Đây là phát hiện mang tính nền tảng, có thể giúp đổi mới các quy tắc về thiết kế vật liệu", nhà nghiên cứu Olli Ikkala nhận định.

Bước tiến này không chỉ giúp cải thiện các công nghệ da nhân tạo mà còn hứa hẹn ứng dụng trong phân phối thuốc và các thiết bị sinh học tiên tiến. Với khả năng kết hợp nhiều đặc tính ưu việt, hydrogel tự phục hồi có thể trở thành một trong những vật liệu tiên phong trong tương lai.