هیدروژل ها همه جا هستند. آنها پلیمرهای آب دوست هستند که می توانند آب را جذب و حفظ کنند و در محصولات مصرفی روزمره مانند لنزهای تماسی نرم ، پوشک های یکبار مصرف ، غذاهای خاص و حتی در مصارف کشاورزی یافت می شوند. آنها همچنین به دلیل درجه بالای سازگاری زیستی و توانایی آنها در نهایت تجزیه و جذب مجدد در بدن ، در چندین کاربرد پزشکی بسیار مفید هستند.

این ویژگی ها به هیدروژل ها اجازه می دهد بافت زنده را برای جایگزینی یا بازسازی بافت شبیه سازی کنند. یکی از مفیدترین این برنامه ها برای بهبود زخم ها است. هیدروژل ها برای این منظور ایده آل هستند ، زیرا توانایی هیدراتاسیون و تشکیل یک محیط مرطوب و حمایتی را دارند. این امر فرآیندهای مفید برای بهبود زخم ، مانند تشکیل عروق خونی ، تجزیه بافت مرده ، فعال شدن سلولهای ایمنی ، جلوگیری از مرگ سلولها و بافتهای زنده و حتی کاهش درد را تسهیل می کند.

هیدروژل های طبیعی ، به ویژه هیدروژل های ژلاتین متاکریلوئیل (GelMA) ، به دلیل ایمنی زیستی و سازگاری بیولوژیکی استثنایی ، برای ترمیم زخم ترجیح داده می شوند. اما خواص مکانیکی ضعیف آنها مانند کشش محدود ، شکنندگی نسبی و عدم انعطاف پذیری و ناتوانی آنها در چسبیدن به سطوح بافت ، مانع استفاده از آنها می شود. به منظور بهبود این ویژگیها ، تغییرات در روشهای آماده سازی و اجزای آن انجام شده است.

وقتی هیدروژل GelMA آماده می شود ، محلول ژلاتین با مخلوط و حل شدن ژلاتین در آب تهیه می شود. این منجر به پراکندگی زنجیره های پلیمری ژلاتینی در آب می شود. سپس ماده ای شیمیایی به نام آغازگر عکس به محلول اضافه می شود که باعث می شود زنجیره های پلیمری چسبناک شوند و به آنها اجازه می دهد به یکدیگر بچسبند . قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش آغازگرهای عکس را فعال می کند و زنجیره های پلیمری به صورت متقابل به یکدیگر متصل می شوند و یک شبکه را تشکیل می دهند . مولکول های آب وارد این شبکه می شوند و زنجیرها را کشیده و در آنها قفل می شوند . این قدرت جذب هیدروژل ها را نشان می دهد و نقطه ای است که در آن ژله شدن یا انجماد رخ می دهد .

خواص این ژل را می توان با افزودن مواد شیمیایی که قبل از قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش به زنجیره های پلیمری متصل می شوند ، تغییر داد یا پارامترهای خود UV را برای تنظیم خواص ژل تغییر داد. برخی از این تغییرات در تلاشهای قبلی برای بهبود خواص فیزیکی GelMA آزمایش شده است.

یک رویکرد ، معرفی مواد شیمیایی اضافی به محلول GelMA قبل از پیوند عرضی بود . هیدروژل حاصل از ترکیب شیمیایی بهبود کمی در چسبندگی بافت نشان داد . تلاشهای دیگری در تقویت GelMA با تقویت فیلمهای نازک انعطاف پذیر GelMA با مواد شیمیایی اضافی انجام شده است . اما چالش های مربوط به بهبود سه ویژگی مکانیکی چقرمگی ، کشش و استحکام چسبندگی همزمان در هیدروژل های GelMA باقی می ماند .

محققان ابتدا به روشی برای بهبود چسبندگی در هیدروژل ها به نمونه ای اشاره کردند که در طبیعت یافت می شود. صدف های دریایی رشته های محکمی ترشح می کنند که به عنوان متصل کننده و کشیدن طناب روی سنگ ها و سایر سطوح نامنظم استفاده می شود. برای تشکیل این نخ ها ، صدف ها پروتئین های چسبندگی را در محیط اسیدی تولید می کنند. با قرار گرفتن در معرض آب کمی قلیایی اقیانوس ، پروتئین ها دچار تغییر شیمیایی می شوند که باعث ایجاد نخ می شود.

به همین ترتیب ، تیم TIBI مقادیر زیادی دوپامین ، آنالوگ شیمیایی پروتئین چسبندگی صدف ، به GelMA اضافه کرد تا قدرت ، کشش و خاصیت چسبندگی آن را افزایش دهد. آنها همچنین مخلوط را تحت شرایط قلیایی قرار دادند تا قدرت چسبندگی GelMA را بیشتر افزایش دهند.

نتایج نشان داد که افزودن مقدار زیادی دوپامین به محلول GelMA می تواند کشش هیدروژل حاصل را تقریباً شش برابر و قدرت آن را بیش از سه برابر افزایش دهد . سایر آزمایشات نشان داد که وقتی دوپامین قبل از مرحله اتصال عرضی تحت شرایط قلیایی قرار می گیرد ، قدرت چسبندگی را می توان تا چهار برابر افزایش داد و مقاومت آن را در برابر نیروهای برشی تقریباً هفت برابر افزایش داد.

حسین منتظریان ، دکترای ارشد ، اولین نویسنده این پروژه می گوید: "آزمایشاتی که ما انجام داده ایم بینش ارزشمندی در مورد روش های فعال سازی چقرمگی و چسبندگی در هیدروژل های مبتنی بر GelMA ارائه می دهد."

محققان به آزمایش سایر مواد شیمیایی برای بهینه سازی اثرات آنها بر روی خواص مکانیکی GelMA ادامه خواهند داد. این می تواند به بهبود برنامه های کاربردی دیگر مانند دستگاه های پوشیدنی قابل اتصال به پوست یا ایمپلنت های داخلی شفابخش و احیا کننده منجر شود .

 دکتر علی خادم حسینی  مدیرعامل TIBI می گوید: "دانش به دست آمده در مورد خواص مکانیکی بنیادی هیدروژل ها می تواند تأثیرات گسترده ای در کاربردهای زیست پزشکی داشته باشد ."این یکی از نمونه های بسیاری از تحقیقات موثر از بستر مواد زیستی ما است."