Peneliti di China mengembangkan hidrogel yang dapat berubah bentuk secara berkelanjutan, mensimulasikan proses transformasi biologis

Sebuah hidrogel berubah bentuk baru yang dikembangkan peneliti China mampu memicu reaksi kimia yang berlangsung hingga empat minggu setelah sekali paparan cahaya infra merah dekat. Tim tersebut menciptakan material ini untuk meniru proses perubahan biologis yang lambat, termasuk penyembuhan luka dan perkembangan embrio. Sistemnya bernama STERS, menggunakan partikel logam cair berbasis galium untuk mendukung reaksi, secara bertahap mengubah bentuk gel, menyediakan platform potensial untuk scaffold jaringan adaptif, antarmuka mekanik otak, dan robot lunak. Penelitian ini mencakup demonstrasi laboratorium pada sel punca dan elektrode untuk memantau evolusi sinyal listrik selama perkembangan embrio tikus.

Penulis penelitian, Profesor Du Xuemin dari Institut Teknologi Lanjutan Shenzhen Akademi Ilmu Pengetahuan China, menyatakan bahwa penelitian material cerdasnya terinspirasi oleh organisme seperti tumbuhan sensitif dan bunglon. Ia menegaskan bahwa kemajuan material berubah bentuk sangat cepat, beberapa perubahan kini dapat terjadi dalam milidetik. Namun, proses biologis yang lebih lambat menimbulkan tantangan berbeda. Ia berkata: "Saya menyadari bahwa meskipun organisme berubah bentuk dengan cepat, mereka juga mengalami transformasi evolusi jangka panjang yang lambat," ia menyebutkan proses seperti penyembuhan luka dan perkembangan embrio. Scaffold rekayasa jaringan biasanya membawa zat aktif untuk mendukung penyembuhan. Du menegaskan bahwa material saat ini baik berubah terlalu cepat maupun tidak mampu berubah bentuk.

Meniru Proses Perubahan Bentuk di Alam

Ia berkata: "Oleh karena itu, saya ingin mengetahui apakah kita dapat meniru proses perubahan morfologi yang lebih lambat ini di alam untuk membangun material yang berubah bentuk secara perlahan."

Nama lengkap STERS adalah Spatiotemporal Evolving Reaction Species. Sistem ini menggabungkan partikel logam cair berbasis galium dengan monomer vinil, yang membantu mendorong pembentukan reaktan dan polimerisasi hidrogel. Cahaya infra merah dekat memulai proses ini, dan logam cair secara berkelanjutan menghasilkan reaktan melalui pengoksidaan permukaan berulang dan penghapusan lapisan oksida. Setelah lapisan itu dihapus, logam terekspos lagi, memungkinkan reaksi berlanjut. Hal ini menyediakan aktivitas kimia yang diperlukan bagi evolusi struktur hidrogel seiring waktu. Tim peneliti menyatakan dalam makalah mereka: "Pendekatan baru ini memungkinkan evolusi morfologi hidrogel yang dapat diprogram dan menyerupai manusia, mencakup skala mikro hingga makro, waktu beberapa menit hingga beberapa minggu, serta siklus transformasi sekali hingga berkali-kali."

Potensi Aplikasi Klinis dan Tantangan

Peneliti juga menciptakan hidrogel yang berubah warna secara bertahap, menunjukkan potensinya sebagai indikator visual jangka panjang. Tim tersebut menggunakan hidrogel untuk mengarahkan diferensiasi sel punca menjadi sel tulang dan sel mirip saraf. "Selain itu, kami juga menggunakan material ini untuk memodifikasi permukaan elektrode antarmuka mekanik otak guna memantau evolusi sinyal listrik selama perkembangan embrio tikus," kata Du. Menurut peneliti, kecepatan dan magnitude perubahan material dapat disesuaikan untuk mencocokkan perubahan otak embrio yang berkembang. Karena logam cair berpotensi merusak jaringan, masalah biosafety tetap menjadi perhatian. Du menegaskan bahwa tim menggunakan struktur sandwich untuk mengenkapsulasi material, mencegah kebocorannya ke jaringan sekitar.

Aplikasi klinis tetap menghadapi sejumlah tantangan, termasuk mencocokkan transformasi dengan jaringan spesifik, mewujudkan perubahan bentuk yang lambat, serta mengontrol proses melalui rangsangan eksternal. Saat ini, Du menyatakan sistem ini cocok untuk sensing serta demonstrasi laboratorium rekayasa jaringan dan antarmuka mekanik otak. Penelitian ini telah diterbitkan di jurnal 《Matter》.

Dampak Teknologi Hidrogel terhadap Biomedis

Penelitian ini menunjukkan potensi hidrogel dalam mensimulasikan proses biologis, terutama dalam penyembuhan luka dan perkembangan embrio. Dengan meniru proses perubahan bentuk di alam, peneliti mengembangkan material dengan kecepatan perubahan yang dapat disesuaikan, yang memiliki arti penting untuk aplikasi rekayasa jaringan dan antarmuka mekanik otak. Namun, masalah biosafety logam cair masih perlu diselesaikan, yang mungkin mempengaruhi kelayakan aplikasi klinisnya. Kemajuan teknologi ini akan membantu pengembangan material medis yang lebih cerdas di masa depan.