Valoon reagoivat hydrogeelit mahdollistavat pehmeiden materiaalien nopean ja tarkan hallinnan

Tähän asti hydrogeelien vaste valoon on kestänyt kymmeniä sekunteja, ja vaikutus on voitu kohdistaa suunnilleen hiuksen paksuiselle alueelle. Tämä on rajoittanut tekniikan käytännön hyödyntämistä. Tampereen yliopiston Smart Photonic Materials ‑tutkimusryhmä on saavuttanut merkittävän edistysaskeleen sekä vasteen nopeudessa että tarkkuudessa. Ryhmän kehittämä materiaali reagoi valoon alle sekunnissa, ja vaikutus voidaan kohdistaa halutulle alueelle hiuksen sadasosan, eli alle mikrometrin tarkkuudella.

Valoon reagoivat hydrogeelit kykenevät jäljittelemään luonnossa esiintyviä dynaamisia mikrorakenteita. Valo saa materiaalit sitomaan itseensä vettä tai vapauttamaan sitä, minkä ansiosta kevyitä rakenteita voidaan ohjata tarkasti etäältä. Näitä ominaisuuksia voidaan hyödyntää useissa käyttökohteissa, kuten pehmeissä mikroroboteissa, lääkeaineiden etäohjatussa annostelussa sekä aktiivisissa soluviljelyalustoissa.

Tutkimustulokset luovat pohjaa dynaamisten ja ohjelmoitavien pintojen kehittämiselle pehmeissä materiaaleissa. Tekniikassa yhdistyy materiaalin nopea reagointi, tarkka ohjattavuus ja palautuvuus.

– Materiaali reagoi valoon niin nopeasti, että sen avulla voidaan kehittää myös niin sanottuja ”eläviä pintoja”, joissa pinnan ulkonemat ovat jatkuvassa liikkeessä ja pystyvät kuljettamaan esineitä pinnan poikki, sanoo tutkimusartikkelin ensimmäinen kirjoittaja, väitöskirjatutkija Matias Paatelainen Tampereen yliopistosta.  

Paatelaisen mukaan innovatiivinen tekniikka voi edistää aiempaa yksinkertaisempien ja mukautuvampien optisten laitteiden, sensoritoiminnoilla varustettujen älykkäiden pintojen sekä luonnollisia biologisia toimintoja entistä tarkemmin jäljittelevien biolääketieteellisten alustojen kehittämistä. 

–  Nämä materiaalit vievät meitä askeleen lähemmäs biologisten mikroympäristöjen dynaamisuuden jäljittelyä, sillä ne tarjoavat soluille syklistä mekaanista stimulaatiota sydämenlyöntien kaltaisessa rytmissä. Vaikka kehitystyötä tarvitaan vielä paljon lisää, tekniikka tarjoaa vahvan lähtökohdan mukautuvien ja dynaamisten soluviljelyalustojen sekä muunneltavien mikrofluidisten alustojen ja muidenkin sovellusten kehittämiselle. Niitä kaikkia voidaan etäohjata valon avulla, kertoo professori Arri Priimägi Tampereen yliopistosta.

Tulevaisuudessa voi olla myös mahdollista kehittää valoon reagoivia soluviljelyalustoja, jotka pystyvät jäljittelemään fysiologisiin prosesseihin, kuten hengitykseen ja sydämenlyönteihin, liittyviä mekaanisia signaaleja. Näiden ominaisuuksien kehittäminen jatkuu Novo Nordiskin rahoittamassa GelCell-hankkeessa. 

Tutkimusartikkeli “Live-shaping of hydrogel thin films with light” ilmestyi Nature Communications -tiedelehdessä 21.4.2026.