В последние годы технологический прогресс значительно ускорился и делает реальностью то, что казалось фантастикой. Благодаря новому проекту Массачусетского технологического института, несколько компаний приступили к тестированию биоэлектронных имплантатов на людях, тем самым приближая наше киберпанковское будущее. Команда ученых, работающая с проводящими полимерами, преуспела в разработке мягкого неметаллического электрода, который может быть напечатан на 3D-принтере и соединен непосредственно с живыми тканями.
Будущее имплантируемых технологий может пойти разными путями, но независимо от того, пытаетесь ли вы восстановить зрение, двигательные функции или создать интерфейс мозг-компьютер, вам понадобится электрод, который станет посредником между живым человеком и холодной, бесчувственной машиной. Большинство электродов, подобных тем, которые робот Neuralink Илона Маска «вживляет» в мозг, состоят из металла, который обладает естественной проводимостью. Однако металлы могут со временем вызывать раздражение тканей, что приводит к ухудшению сигнала.
Известно, что большинство полимеров являются естественными изоляторами, поэтому они не могут проводить сигналы. Однако существует класс проводящих полимеров, за открытие которых в 1970-х годах была присуждена Нобелевская премия по химии. Ученые, работающие с профессором машиностроения Сюаньхэ Чжао, экспериментировали с несколькими материалами для производства мягких и гибких электродов. Команда добилась определенного успеха, смешав проводящие полимеры с гидрогелем, желатиноподобным полимером с высоким содержанием воды. Однако эта смесь не обеспечивала нужного сочетания проводимости и долговечности.
«В гелевых материалах электрические и механические свойства всегда противоречат друг другу, — говорит соавтор Хюнву Юк . — Если вы улучшаете электрические свойства геля, вам приходится жертвовать механическими свойствами, и наоборот».
Полимерный электрод
Согласно опубликованному исследованию, решающим фактором в создании нового электрода стал более жесткий контроль над тем, как смешиваются полимеры. Вместо того, чтобы позволить молекулам смешиваться однородно, команда наслаивала материалы в состоянии, известном как фазовое разделение. Это позволяет гидрогелю и проводящему полимеру образовывать более длинные нити. Чжао говорит, что это похоже на «создание электрических и механических спагетти». Токопроводящий полимер — это электрическая лапша, а гидрогель — механическая. Вместе вы получаете все необходимые свойства биоэлектрода.
Команда усовершенствовала "рецепт", чтобы получить чернила, которые можно выдавливать с помощью 3D-принтера. Это дало им возможность печатать электроды различной формы на слоях гидрогеля. Электроды были испытаны на крысах, где они точно передавали электрические сигналы без воспаления или рубцевания в окружающих тканях. Чжао и его команда предполагают, что эта технология в конечном итоге может быть использована для изготовления индивидуальных электрических интерфейсов для органов и других систем организма, которым необходимо взаимодействовать с электронными устройствами.
