(Phys.org)—Een beetje doet denken aan de Terminator T-1000, een nieuw materiaal gemaakt door Cornell-onderzoekers is zo zacht dat het kan stromen als een vloeistof en dan, vreemd, terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm.

In plaats van vloeibaar metaal, het is een hydrogel, een netwerk van organische moleculen met veel kleine lege ruimtes die water kunnen opnemen als een spons. Het kwalificeert als een "metamateriaal" met eigenschappen die niet in de natuur voorkomen en is mogelijk het eerste organische metamateriaal met mechanische meta-eigenschappen.

Hydrogels zijn al overwogen voor gebruik bij medicijnafgifte - de ruimtes kunnen worden gevuld met medicijnen die langzaam vrijkomen naarmate de gel biologisch afbreekt - en als raamwerken voor wederopbouw van weefsel. De mogelijkheid om een ​​gel in een gewenste vorm te vormen, vergroot de mogelijkheden verder. Bijvoorbeeld, een met medicijnen doordrenkte gel zou kunnen worden gevormd om precies in de ruimte in een wond te passen.

Dan Luo, hoogleraar biologische en milieutechniek, en collega's beschrijven hun creatie in het nummer van 2 december van het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

De nieuwe hydrogel is gemaakt van synthetisch DNA. Behalve dat het het spul is waar genen van gemaakt zijn, DNA kan dienen als bouwsteen voor zelf-assemblerende materialen. Enkelvoudige DNA-strengen zullen zich hechten aan andere enkelvoudige stands die complementaire codering hebben, als kleine organische Lego's. Door DNA te synthetiseren met zorgvuldig gerangschikte complementaire secties, creëerde het onderzoeksteam van Luo eerder korte stands die verbinding maken met vormen zoals kruisen of Y's, die op hun beurt samenkomen aan de uiteinden om gaasachtige structuren te vormen om de eerste succesvolle all-DNA-hydrogel te vormen. Een nieuwe aanpak proberen, ze vermengden synthetisch DNA met enzymen die ervoor zorgen dat DNA zichzelf repliceert en zich uitbreidt tot lange ketens, om een ​​hydrogel te maken zonder DNA-bindingen.

"Tijdens dit proces raken ze verstrikt, en de verstrengeling produceert een 3D-netwerk, " legde Luo uit. Maar het resultaat was niet wat ze verwachtten:de hydrogel die ze maakten, vloeit als een vloeistof, maar wanneer het in water wordt geplaatst, keert het terug naar de vorm van de container waarin het werd gevormd.

"Dit was niet zo bedoeld, ' zei Luo.

Onderzoek onder een elektronenmicroscoop toont aan dat het materiaal bestaat uit een massa kleine bolvormige "vogelnestjes" van verward DNA, ongeveer 1 micron (miljoenste van een meter) in diameter, verder met elkaar verstrengeld door langere DNA-ketens. Het gedraagt ​​zich als een massa aan elkaar gelijmde elastiekjes:het heeft een inherente vorm, maar kan worden uitgerekt en vervormd.

Hoe dit precies werkt, wordt "nog onderzocht, " zeiden de onderzoekers, maar ze theoretiseren dat de elastische krachten die de vorm vasthouden zo zwak zijn dat een combinatie van oppervlaktespanning en zwaartekracht ze overwint; de gel zakt gewoon in een losse klodder. Maar als het in water wordt ondergedompeld, oppervlaktespanning is bijna nul - er is water van binnen en van buiten - en het drijfvermogen heft de zwaartekracht op.

Om het effect aan te tonen, de onderzoekers maakten hydrogels in vormen in de vorm van de letters D, N en A. Uit de vormen gegoten, de gels werden amorfe vloeistoffen, maar in het water veranderden ze weer in de letters. Als mogelijke toepassing het team creëerde een watergestuurde schakelaar. Ze maakten een korte cilindrische gel doordrenkt met metaaldeeltjes die in een geïsoleerde buis tussen twee elektrische contacten werden geplaatst. In vloeibare vorm bereikt de gel beide uiteinden van de buis en vormt een circuit. Wanneer water wordt toegevoegd. de gel keert terug naar zijn kortere vorm die beide uiteinden niet zal bereiken. (Het experiment is gedaan met gedestilleerd water dat geen elektriciteit geleidt.)

Het DNA dat in dit werk wordt gebruikt, heeft een willekeurige volgorde, en slechts af en toe werd verknoping waargenomen, zei Luo. Door het DNA zo te ontwerpen dat het op bepaalde manieren kan linken, hoopt hij de eigenschappen van de nieuwe hydrogel te kunnen afstemmen.