Исследование влияния воды на продольный гигагерцовый модуль упругости гидрогеля на основе коллагена провела студентка Новосибирского государственного университета Анна Лактионова под руководством Валерии Зыковой из Института автоматики и электрометрии СО РАН. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе университета.
Основой работы послужили оптические методы – спектроскопия рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (РМБ) и комбинационного рассеяния света (КРС). Эти методики позволяют бесконтактно и неинвазивно исследовать вязкоупругие свойства материалов, что особенно важно при изучении биотканей.
Упругие свойства биологических материалов тесно связаны с их функциональным состоянием, и модуля упругости является ключевым показателем. Однако интерпретировать данные по реальным тканям сложно из-за их многокомпонентного состава, где основной вклад в упругость вносит вода. Поэтому в исследовании использовались модельные объекты – гидрогели на основе коллагена с разным содержанием воды, которые имитируют свойства разнообразных тканей.
В работе готовились образцы гидрогелей с разной степенью увлажнённости. С помощью спектроскопии измерялись упругие и релаксационные параметры при изменении водного содержания. При сушке образцов от максимально влажного состояния (99,5% воды) до сухого модуль упругости увеличивался в шесть раз, особенно заметно при содержании белка выше 60%.
Для детального изучения одновременно использовались два спектрометра РМБ и КРС, находившиеся в разных помещениях, что создавало риск влияния внешних факторов через подсыхание образца при переносе.
Для решения этой проблемы в лаборатории был впервые в России разработан и установлен оптоволоконный канал между двумя спектрометрами, что позволило проводить синхронные измерения в одной точке образца в процессе сушки. Это техническое новшество повысило точность и качество исследования влияния воды на упругие характеристики гидрогелей.
Таким образом, работа демонстрирует, насколько важна вода для упругости биоматериалов и как современные оптические методы могут помочь понять эти изменения, что имеет большое значение для биомедицинских задач.
Учёные создали новый метод очистки и обеззараживания воды в полевых условиях. Установка компактна и может применяться как для индивидуальных потребителей, так и для небольших локальных водопроводных сетей.