Hydrogel: Extrem elastischer Kunststoff heilt sich selbst

Kontaktlinsen bestehen schon heute aus Hydrogel, auch für künstlichen Knorpel kommt das Material künftig in Frage. Bisher aber hat das Material einen Nachteil: Es reißt schnell. Jetzt haben Forscher einen Kunststoff entwickelt, der sich um mehr als das 20fache dehnen lässt.

Sun et al, Nature

Hydrogele wirken beinahe wie dehnbares Wasser: Sie kommen etwa in weichen Kontaktlinsen zum Einsatz, außerdem können sie als Gerüst bei der Zucht von künstlichem Gewebe dienen. Herkömmliche Hydrogele sind jedoch spröde. Sie reißen zum Teil schon, wenn sie nur auf das 1,2fache ihrer normalen Länge gedehnt werden.

Die Eigenschaften des neuen Materials, das zu 90 Prozent aus Wasser besteht, könnten neue Anwendungsgebiete für Hydrogele erschließen, schreiben die Forscher um Zhigang Suo von der Harvard University in Cambridge (US-Bundesstaat Massachusetts) im Fachmagazin "Nature". So hoffen Wissenschaftler, künstlichen Knorpel auf Hydrogelbasis zu entwickeln.

Wie Wackelpudding

Hydrogele enthalten ein Netz langkettiger Moleküle, die aufquellen, weil sich Wasser in ihnen einlagert. Ein Beispiel ist Wackelpudding, in dem die Gelatine das polymere Netz bildet, aber nur wenige Prozent des Volumens ausmacht.

In den vergangenen Jahren haben Materialforscher mit verschiedenen Kombi-Hydrogelen experimentiert, die aus einem stabilen und einem dehnbaren Grundgerüst bestehen. So ist es ihnen gelungen, stark dehnbare Hydrogele zu erschaffen. Allerdings lässt sich bei ihnen die Dehnung nicht vollständig rückgängig machen, so dass sie nur der ersten Belastung wirklich standhalten. Bei einer zweiten, ebenso großen Belastung reißen sie.

Die Gruppe um Suo hat nun Kombinationen aus Polyacrylamid und verschiedenen sogenannten Alginaten getestet. Alginate dienen auch als Geliermittel in der Lebensmittelindustrie. Die beiden Stoffe formen ein doppeltes Netz: Das eine sorgt für die robuste Stabilität des neuen Hydrogels, das andere für die Dehnbarkeit des Materials. Das Besondere daran ist, dass die Bindungen des Alginat-Netzwerks bei Belastung zwar reißen, sich anschließend aber wieder neu formen können. Das Material ist also in einem gewissen Maß dazu fähig, sich selbst zu heilen. So kann es bei einer erneuten Belastung ebenso widerstandsfähig sein wie bei der ersten.

wbr/dpa

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