Инженеры Массачусетского технологического института разработали похожий на желе безметаллический материал, который является мягким и прочным, как биологическая ткань, и может проводить электричество так же, как обычные металлы.
Подавляющее большинство полимеров по своей природе плохо пропускают электричество, но существует небольшой класс полимеров, которые все же могут пропускать электроны. Идея исследователей заключалась в использовании проводящих полимеров для изготовления мягких безметаллических электродов для биоэлектронных имплантатов и других медицинских устройств путем смешивания частиц проводящих полимеров с гидрогелем. При этом, подобные материалы, созданные до сих пор, были либо слишком слабыми и хрупкими, либо демонстрировали плохие электрические характеристики.
В своей работе исследователи разработали новый рецепт для смешивания проводящих полимеров с гидрогелями используя разделение фаз. В этом разделенном состоянии ингредиенты соединяют свои соответствующие полимеры в длинные микроскопические нити, одновременно смешиваясь в единое целое.
"Представьте, что мы делаем электрические и механические спагетти, - говорит Сюаньхэ Чжао, профессор машиностроения и гражданского и экологического строительства в MIT, один из авторов исследования. - Электрические спагетти - это проводящий полимер, который теперь может передавать электричество через материал, потому что он непрерывный. А механические спагетти - это гидрогель, который может передавать механические усилия, быть жестким и растяжимым, потому что он тоже непрерывный".
Затем исследователи скорректировали рецепт, чтобы приготовить из "спагеттированного" геля чернила, из которых они напечатали на 3D-принтере на пленках чистого гидрогеля паттерны, похожие на обычные металлические электроды.
Далее исследователи имплантировали напечатанные, похожие на желе электроды в сердце, седалищный нерв и спинной мозг крыс. Команда проверяла электрические и механические характеристики электродов на животных в течение двух месяцев и обнаружила, что устройства оставались стабильными на протяжении всего времени, без воспаления или рубцевания окружающих тканей. Электроды также смогли передавать электрические импульсы от сердца на внешний монитор, а также доставлять небольшие импульсы к седалищному нерву и спинному мозгу, что в свою очередь стимулировало двигательную активность в соответствующих мышцах и конечностях.
"Этот материал работает как металлические электроды, но сделан из геля, похожего на наш организм, с аналогичным содержанием воды, - говорит Хенву Юк, выпускник MIT и соучредитель SanaHeal, стартапа по производству медицинского оборудования. - Это как искусственная ткань или нерв".
"Мы считаем, что впервые у нас есть жесткий, прочный, похожий на желе электрод, который потенциально может заменить металл для стимуляции нервов и взаимодействия с сердцем, мозгом и другими органами тела", - отметил Сюаньхэ Чжао.
Более подробную информацию о новом материале можно узнать в статье, опубликованной в Nature Materials (доступ платный).
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение