Les hydrogels sont un matériau souple perméable composé de réseaux en polymère et d'eau avec des applications allant du génie biomédical aux lentilles de contact. Intrinsèque aux hydrogels est la capacité de doter diverses caractéristiques en modifiant leurs réseaux de polymère.
Le laboratoire de recherche du professeur Gong à WPI-ICredd, Université Hokkaido, est spécialisé dans la technologie des hydrogels et a des hydrogels d'adhésion avec des propriétés d'adhésion sous-résistantes, auto-cicatrisantes et sous-marines et plus encore. Pour les hydrogels adhésifs, la réalisation d'adhésion sous-marine instantanée, forte et reproductible est un défi dominant.
Grâce à une combinaison de l'exploration de données et de l'apprentissage automatique, le professeur Gong, le professeur Takigawa, le professeur fan, les étudiants diplômés Liao et les collègues ont récemment développé les hydrogels sous-marins les plus forts à ce jour avec des forces adhésives (Fun) dépasser 1 MPa.
La force des gels était à la fois instantanée et reproductible et ils sont fonctionnels sur diverses surfaces sous des niveaux variables de salinité, de l'eau pure à l'eau de mer. Cette recherche est publiée dans Nature.
Pour référence, si ces hydrogels étaient coupés à la taille d'un seul timbre-poste (2,5 x 2,5 cm), ils pourraient théoriquement supporter ~ 63 kg (par exemple un humain adulte). Les chercheurs ont démontré la force adhésive de l'hydrogel en l'appliquant sur un canard en caoutchouc sur une roche balnéaire où il a résisté à des marées de mer et à des impacts sur les vagues répétées.
S'inspirant de la biologie, ces hydrogels ont été conçus avec des réseaux de polymère dérivés des protéines adhésives trouvées dans les archées, les bactéries, les eucaryotes et les virus.
Malgré la diversité de ces organismes, ces protéines partagent des schémas de séquence communs qui approuvent l'adhésion dans des environnements humides. Pour cela, environ 25 000 ensembles de données de protéines adhésifs, collectés dans la base de données des protéines du National Center for Biotechnology Information (NCBI), ont été extraits des données pour les séquences d'acides aminés pertinentes importantes pour l'adhésion sous-marine.
Ils ont reproduit ces séquences en réseaux de polymère et synthétisé 180 hydrogels – chacun contenant des réseaux de polymère uniques. Les données compilées à partir de l'étude de ces hydrogels ont été analysées avec l'apprentissage automatique, qui extrapolé davantage les séquences polymères les plus significatives.
Les 180 gels originaux synthétisés à partir de l'exploration de données ont démontré des qualités adhésives supérieures à celles des gels précédemment rapportés dans la littérature. Cependant, les gels inspirés par l'apprentissage automatique étaient plus incroyables, dépassant les qualités hautement souhaitées mentionnées ci-dessus.
L'adhésion reproductible et instantanée sont des qualités hautement souhaitées pour des applications allant de l'ingénierie biomédicale et de l'exploration en eau profonde. Ces qualités ont été confirmées dans une expérience dans laquelle la fuite d'eau d'un tuyau endommagé pouvait être couverte instantanément et à plusieurs reprises.
