Maryland heute

Hydrogelplatten können das Hundertfache ihres Gewichts an Wasser aufnehmen

Von Mitarbeitern von Maryland Today, 11. Januar 2023

UMD-Forscher verwendeten eine Hydrogelfolie (links), um etwa dreimal mehr wasserbasierte Flüssigkeiten zu absorbieren als Materialien wie Gaze.

Bild von Matter/Choudhary et al.

Bei verschüttetem Soda und Tomatensaucenspritzern in der Küche helfen Papierhandtücher, während im Operationssaal häufig Mull das Blut aufsaugt. Aber Forscher der University of Maryland haben ein besseres Picker-Obermaterial entwickelt, indem sie ein Hydrogel – ein gelatineartiges Material in Form einer trockenen Schicht – verwendet haben, das etwa dreimal mehr wasserbasierte Flüssigkeit aufnimmt und speichert.

Die Methode, die kürzlich in der Fachzeitschrift Matter vorgestellt wurde, erzeugt eine absorbierende, faltbare und schneidbare „Gelfolie“, die eines Tages möglicherweise in Küchen, Badezimmern oder medizinischen Einrichtungen Verwendung findet. Im Gegensatz zu typischen Hydrogelen, die aus einem Netz großer Moleküle, sogenannter Polymere, bestehen, die mehr als das Hundertfache ihres Gewichts an Wasser aufsaugen, wird das neue Material beim Trocknen nicht spröde und zerbröselt.

„Wir haben uns neu vorgestellt, wie ein Hydrogel aussehen kann“, sagte der korrespondierende Autor Srinivasa Raghavan, UMD-Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik. „Wir haben die gewünschten Eigenschaften eines Papiertuchs und eines Hydrogels kombiniert.“

Um die Gelblätter herzustellen, mischte das Forschungsteam Säure, Base und andere Zutaten für das Hydrogel in einem Beutel mit Reißverschluss. Wie Essig und Backpulver löste die Mischung Kohlendioxidblasen im Gel aus, wodurch ein poröses und schaumartiges Material entstand. Als nächstes wurde der Beutel mit Reißverschluss zwischen Glasplatten gelegt, um eine Folie zu bilden, und dann UV-Licht ausgesetzt, das die Flüssigkeit um die Blasen herum festigt und Poren hinterlässt. Zuletzt tauchte das Team das Set-Blatt in Alkohol und Glycerin und trocknete es an der Luft. Dadurch blieb die getrocknete Gelfolie weich und flexibel, ähnlich der Textur eines Stoffes.

„Nach unserem Kenntnisstand ist dies das erste Hydrogel, von dem berichtet wurde, dass es über solche taktilen und mechanischen Eigenschaften verfügt“, sagte Raghavan. Die Gelplatten blieben auch unter Umgebungsbedingungen ein Jahr lang weich und flexibel, was auf Stabilität hinweist. „Wir versuchen, mit einfachen Ausgangsmaterialien einige einzigartige Eigenschaften zu erreichen.“

Als die Forscher die Gelfolie über 25 Milliliter (0,8 Unzen) verschüttetes Wasser legten, quillte die Folie auf, saugte sich innerhalb von 20 Sekunden voll und hielt das Wasser fest, ohne zu tropfen. Allerdings nahm die Stoffunterlage nur etwa 60 % des Wassers auf und hinterließ Tropfen.

Die Gelfolie funktionierte auch bei dickflüssigen Flüssigkeiten wie Sirup, Blut und sogar Flüssigkeiten, die eine Million Mal dicker als Wasser sind, gut. Die Forscher fanden heraus, dass die Gelfolie innerhalb von 60 Sekunden fast 40 Milliliter (1,4 Unzen) Blut absorbieren konnte, während der Mullverband nur 55 % des Blutes aufsaugte. Auch die Gelfolie hält die Flüssigkeit gut fest, während die blutgetränkte Gaze rieselt.

Im Vergleich zu Damenbinden, Schwämmen und Mull absorbierte die Gelfolie mehr als doppelt so viel Blut wie die anderen.

Als nächstes plant das Team, seine Gelfolien zu optimieren, indem es die Saugfähigkeit erhöht, das Material verstärkt, die Kosten senkt und die Folien wiederverwendbar macht. Die Forscher wollen außerdem Gelfolien zur Ölabsorption entwickeln.

Aufgrund ihrer flexiblen und saugfähigen Beschaffenheit haben Gelfolien als Verband auch das Potenzial, Blutungen aus schweren Wunden zu stoppen.

„Ich bin immer daran interessiert, unsere Erfindungen über die bloße Veröffentlichung eines Artikels hinaus voranzutreiben“, sagte Raghavan. „Es wäre wunderbar, es in die Praxis umzusetzen.“

Dieser Artikel wurde einer Veröffentlichung von Cell Press entnommen.

Forschung

Chemische und biomolekulare Ingenieurforschung

A. James Clark School of Engineering