Kukurbituryly vytvářejí zajímavé želé

Nový neuvěřitelně pevný hydrogel nerozmlátíme kladivem a vydrží přejetí automobilem, přesto zůstává pružný. Hydrogel je takové želé, které tvoří velké, ve vodě nerozpustné molekuly. Aby vznikl hydrogel, musí mít důležitou vlastnost. Musí navázat obrovské množství molekul vody a hydrogel je na světě. Mají různé užití, jsou měkké, poddajné, nedráždivé. Jsou z něj třeba kontaktní čočky. Nový hydrogel vytvořený na základě sloučenin zvaných kukurbituryly (angl. cucurbituriles) je navíc neuvěřitelně pevný. Šéf výzkumného týmu profesor Oren A. Scherman z University of Cambridge doplňuje: „Při obsahu vody 80 % bych si myslel, že pukne jako balón s vodou, ale není tomu tak: zůstane neporušený a odolá obrovským tlakovým silám. Vlastnosti hydrogelu jsou zdánlivě ve vzájemném rozporu.“ Tuhost kukurbiturylových hydrogelů pod tlakem výrazně naroste, takže vydrží i tlak 10.000 krát převyšující normální tlak atmosférický.

Složení

Kukurbituryly jsou polycyklické chemické sloučeniny. Šest až osm molekul glykourilu vytvoří základní cyklickou molekulu s dutinou ve středu, jejíž stěny jsou prohnuté ven. Ve vodném prostředí může tato dutina velmi pevně zachytit nejrůznější sloučeniny. Propojením takových nesčetných cyklů získáme makroskopický materiál. Supraodolný kukurbituryl má trochu modifikovanou strukturu. Jednotlivé molekuly glykourilu propojují methylové můstky -CH2-. Odolnost celé struktury vůči tlaku způsobí molekula s perfulorovaným fenylem pevně zachycená uvnitř dutiny. Výsledkem je, že hydrogel nerozmlátíme kladivem. Kus nového, nepříliš vzhledného gelu vidíme nahoře na obrázku (obr. University of Cambridge). Chemické struktury jmenovaných sloučeni jsou na obrázku pod tímto odstavcem. Své podivné pojmenování získaly kukurbituryly na základě podobnosti s dýní, která patří do čeledi tykvovitých (Cucurbitaceae, angl. cucurbits).

Hydrogel nerozmlátíme kladivem a co s ním?

Když oční kontaktní čočku přejede automobil nebo na ni dupneme, nejspíš ji do oka znovu nevložíme. Odolný gel může posloužit třeba jako náhrady opotřebených kloubních chrupavek, což jsou velmi namáhané materiály. Další možnosti využití leží v robotice.

Huang, Z., Chen, X., O’Neill, S.J.K. et al. Highly compressible glass-like supramolecular polymer networks. Nat. Mater. (2021). https://doi.org/10.1038/s41563-021-01124-x

akademon.cz 29. července 2020: Odolný hydrogel může nahradit chrupavku