۶ آگوست ۲۰۲۵-عکس از نویسنده: مریگاکشی دیکسیت -هیدروژل‌هایی که بین صفحات سرامیکی (چپ)، شیشه (وسط) و تیتانیوم (راست) ثابت شده‌اند و بیش از یک سال وزن ۱ کیلوگرم را در محلول نمکی نرمال تحمل می‌کنند. عکسی از یک اردک لاستیکی که به یک سنگ ساحلی چسبیده است.WPI-ICReDD، دانشگاه هوکایدو
دانشمندان قوی‌ترین هیدروژل‌های چسبنده زیر آب را تا به امروز ایجاد کرده‌اند.هیدروژل‌ها مواد نرم و نفوذپذیری هستند که از شبکه‌های پلیمری ساخته شده‌اند و آب را در خود نگه می‌دارند. این ژل‌ها کاربردهای مختلفی دارند، از مهندسی پزشکی گرفته تا لنزهای تماسی.
این ماده که توسط دانشگاه هوکایدو ژاپن توسعه داده شده است، با ترکیب داده‌کاوی، یادگیری ماشین و الهام از پروتئین‌های چسبنده طبیعی موجود در موجودات مختلف مانند آرکی‌ها، باکتری‌ها و ویروس‌ها ساخته شده است.این ماده هیدروژلی دارای چسبندگی فوری، قوی و تکرارپذیر در سطوح متنوع است.
در آزمایشگاه پروفسور جیان پینگ گونگ در دانشگاه هوکایدو، محققان با اصلاح شبکه‌های پلیمری خود، هیدروژل‌هایی با خواص منحصر به فرد مانند خودتقویتی و خودترمیمی توسعه داده‌اند.تمرکز ویژه بر هیدروژل‌های چسبنده بوده است، جایی که چالش اصلی، ایجاد موادی است که می‌توانند فوراً، قوی و مکرراً در زیر آب بچسبند.در این کار جدید، تیم از خود زیست‌شناسی الهام گرفت.
این تیم خاطرنشان کرد: “با الهام از زیست‌شناسی، این هیدروژل‌ها با شبکه‌های پلیمری مشتق شده از پروتئین‌های چسبنده موجود در آرکی‌ها، باکتری‌ها، یوکاریوت‌ها و ویروس‌ها طراحی شده‌اند.”
آنها با داده‌کاوی نزدیک به 25000 پروتئین چسبنده از طبیعت – از ویروس‌ها گرفته تا موجودات اعماق دریا – شروع کردند. این اطلاعات از پایگاه داده پروتئین مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی (NCBI) گرفته شده است.
این امر منجر به شناسایی توالی‌های کلیدی اسید آمینه شد که به این موجودات اجازه می‌دهد در محیط‌های مرطوب بچسبند.این امر به سنتز ۱۸۰ هیدروژل با یک شبکه پلیمری منحصر به فرد با تکثیر توالی‌ها کمک کرد.
داده‌های جمع‌آوری‌شده از مطالعه این هیدروژل‌های اولیه سپس به یک الگوریتم یادگیری ماشینی وارد شد. این تجزیه و تحلیل پیشرفته، توالی‌های پلیمری را که به چسبندگی زیر آب کمک می‌کنند، بیشتر مشخص کرد.
جالب اینجاست که این هیدروژل‌ها از فناوری چسب موجود پیشی گرفته‌اند.هیدروژل‌های ایجاد شده با بینش‌های حاصل از یادگیری ماشینی به سطح جدیدی از عملکرد از نظر قدرت، چسبندگی فوری و تکرارپذیری دست یافتند.
نتیجه، هیدروژلی با قدرت چسبندگی بیش از یک مگاپاسکال (MPa) است.
این تیم در بیانیه مطبوعاتی توضیح داد: «برای اطلاع، اگر این هیدروژل‌ها به اندازه یک تمبر پستی (۲.۵ در ۲.۵ سانتی‌متر) برش داده شوند، از نظر تئوری می‌توانند حدود ۶۳ کیلوگرم (۱۳۹ پوند – مثلاً یک انسان بالغ) را تحمل کنند.»
این تیم قابلیت‌های هیدروژل را به طور گسترده آزمایش کرد.برای نشان دادن قدرت چسبندگی هیدروژل، محققان آن را به یک اردک لاستیکی روی یک صخره ساحلی متصل کردند. ژل محکم ماند و با تحمل نیروی مکرر جزر و مد اقیانوس و امواج توفنده، استحکام خود را اثبات کرد.علاوه بر این، چسبندگی فوری و تکرارپذیر هیدروژل، که برای کاربردهای متعدد بسیار مطلوب است، در یک آزمایش عملی تأیید شد.
نشتی آب از یک لوله آسیب‌دیده فوراً با هیدروژل آب‌بندی شد و همان وصله را می‌توان چندین بار با همان اثر آب‌بندی فوری دوباره اعمال کرد.علاوه بر این، هیدروژل‌ها در سطوح مختلف بسیار مؤثر هستند و می‌توانند در شرایط مختلف آب، از آب شیرین گرفته تا آب شور، عمل کنند.
این هیدروژل پتانسیل استفاده در زمینه‌های مختلف را دارد. این ماده می‌تواند در مهندسی زیست‌پزشکی برای چسب‌های جراحی، پانسمان زخم و ایمپلنت‌های پزشکی مورد استفاده قرار گیرد.برای اکتشافات در اعماق دریا، چسبندگی قوی زیر آب آن می‌تواند نحوه استقرار و تعمیر تجهیزات در محیط‌های دریایی خشن را متحول کند.
این پیشرفت در مجله Nature گزارش شده است.
