خودترمیمی در زیر آب

محققان آمریکایی توانایی خود ترمیمی پلیمرهای اکریلیک حتی در محیط های مرطوب را نشان دادند. این پلیمرها در کاربردهای بیوپزشکی استفاده شده و جایگزین مناسبی برای شیشه می‌باشند. این روش، که از توانایی خودترمیمی پروتئین‌های چسبناک پوشیده زیر ماهیچه‌های بدن الهام گرفته شده است، امکان کاشت واستفاده طولانی مدت از ایمپلنت‌های بیو پزشکی را فراهم کرده است.

هربرت وایت، محقق دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا، می‌گوید: تحقیقات روی پلیمرهای خودترمیم شونده از ۱۰ سال پیش تاکنون شروع شده و استراتژی‌های گوناگونی در این مسیر توسعه یافته است. اما هیچ کدام ترمیم در محیط‌های مرطوب را، به عنوان نیاز فراموش شده همه مواد بایو، مورد توجه قرار نداده‌اند.
ایده تقلید توانایی خودترمیمی بیولوژیکی از پروتئین‌های چسبناک عضلانی جدید نبوده و تلاش‌هایی در گذشته مانند: شبکه‌های پلیمری عامل‌دار شده با کاتکول، مولکول‌های سنتزی آلی محلول در آب که از پروتئین‌های چسبناک عضلانی تقلید می‌کنند، و پیوند یون فلزات واسطه صورت گرفته است. با این وجود، درک ضعیف از نحوه خودترمیمی پروتئین‌های چسبناک عضلانی تلاش‌ها را به سمت سنتز کاتکول‌هایی که دقیقاً از خودترمیمی بیولوژیکی در زیر آب تقلید می‌کنند محدود کرده است.
اکنون، با کشف جنبه‌ای جدید از کاتکول‌ها توسط وایت و همکارانش، روشی ساده برای اصلاح سطح پلی متیل متاکریلات با کاتکول توسعه یافته است. این امر به درک توانایی پیوندهای هیدروژنی در خودترمیمی پلیمر در زیر آب و نیز کشف خواص مواد را منجر گردید. وایت اذعان داشت: “معمولاً، کاتکول‌ها در چسب‌های مرطوب شامل پیوندهای کووالانسی یا شبکه کوردیناسیونی واسطه حضور دارند و نتایج نقش بحرانی باندهای هیدروژنی خصوصاً در ترمیم را ثابت می‌کنند.”
فرآیند ترمیم بدلیل وجود صفحات باند هیدروژنی چند دندانه‌ای در کاتکول‌ها شروع شده و شبکه‌ای از باندهای هیدروژنی برای ترمیم ناحیه آسیب دیده تشکیل می‌دهند. این برهمکنش‌ها علاوه بر برگشت پذیری، به اندازه‌ای قوی هستند که در برابر اثر تداخل آب مقاومت می‌کنند. عملکرد شبه بخیه‌ پیوندهای هیدروژنی بین کاتکول‌ها در نواحی آسیب دیده منجر به نفوذ زنجیرهای پلیمر در همدیگر شده و بعد از ۲۰ دقیقه کاتکول‌های پیوند خورده بصورت هیدروژنی محل کاملا ترمیم شده آسیب را ترک می‌کنند. وایت اشاره کرد: “اینکه چه اتفاقی برای این پیوندها می‌افتد را هنوز نمی‌دانیم. ممکن است این پیوندها در بین توده پلیمر پراکنده می‌شوند و یا احتمالات دیگر.”
فیلیپ میسرمیث، کارشناس مواد بایو در دانشگاه کالیفرنیا- برکلی، می‌گوید: ” این پژوهش کاری خلاقانه است که ابعاد جدیدی از کاتکول‌ها از طریق خودترمیمی بین سطحی با تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین سطوح را نمایان می‌کند و نهایتاً با سایر برهمکنش‌های چسبناک جایگزین و یا تکمیل می‌گردد.”