24 подписчика
Революционный биоэлектронный гель делает живые ткани и технологии ближе
Создан биоэлектронный гидрогель, способный соединять живую ткань с электронными устройствами. Данная инновация была разработана в лаборатории профессора Сихонга Вана в Университете Чикаго и опубликована в журнале Science.
Целью исследования было преодоление ограничения, с которым сталкивались ученые и инженеры, разрабатывающие биоэлектронные устройства. Для успешного соединения с живыми тканями идеальный материал должен быть мягким, эластичным и обладать высокими проводящими свойствами. Однако большинство современных полупроводниковых материалов не отвечают этим требованиям, так как они жесткие, хрупкие и плохо растворимы в воде, что затрудняет их использование для медицинских имплантатов.
Группа Сихонга Вана предложила уникальный подход, объединив свойства гидрогелей (мягкость и эластичность) с полупроводниковыми функциями, что позволило создать биоэлектронный гидрогель, способный к эффективной передаче электрических сигналов между тканью и электронными устройствами.
Ключевые характеристики:
1. Механическая гибкость: Гидрогель имеет модуль упругости 81 кПа, что делает его столь же мягким, как и живая ткань. Это позволяет гидрогелю взаимодействовать с тканями, не повреждая их.
2. Высокая растяжимость: Гидрогель может растягиваться до 150% от своей начальной длины, что позволяет ему адаптироваться к растяжениям и сокращениям тканей.
3. Проводимость: Материал имеет способность переносить заряд (1.4 см²/В*с), что делает его идеальным для передачи электронных сигналов в живую ткань.
Эти качества делают гидрогель отличным материалом для биоэлектронных интерфейсов, особенно для имплантируемых медицинских устройств, которые должны быть совместимыми с мягкой тканью организма.
Новый гидрогель имеет большое количество потенциальных применений, включая имплантируемые устройства, такие как кардиостимуляторы и биосенсоры, а также неинвазивные устройства для улучшения мониторинга здоровья. Его мягкость и гибкость означают, что он может соединяться с тканью без значительного риска воспаления и других иммунных реакций, часто возникающих при использовании традиционных имплантируемых устройств.
Области применения
- Кардиостимуляторы: Гидрогель может улучшить контакт между устройством и сердечной тканью, улучшая эффективность работы кардиостимуляторов.
- Биосенсоры: Благодаря высокой проницаемости и проводимости гидрогель может использоваться для создания сенсоров, которые будут более чувствительны к изменениям биологических маркеров, что поможет отслеживать состояние пациентов.
- Повязки для ран: Гидрогель может эффективно распределять лечебные вещества и создавать контролируемую среду для заживления.
Обычные гидрогели создаются растворением вещества в воде и последующим добавлением гелеобразующих химических веществ. Однако полупроводниковые материалы, такие как кремний, не растворяются в воде, что затрудняет их использование в создании гидрогелей.
Исследователи нашли решение этой проблемы с помощью метода обмена растворителя. В процессе они растворяли полупроводник в органическом растворителе, совместимом с водой, и готовили органогель. Затем материал погружали в воду, чтобы заменить органический растворитель на воду, и тем самым превращали его в стабильный и проводящий гидрогель.
Преимущества новой технологии
1. Биосовместимость: Поскольку гидрогель состоит в основном из воды, он обладает высокой совместимостью с тканями, что снижает риск воспаления.
2. Повышенная чувствительность: Пористая структура материала увеличивает объемный контакт с биомаркерами, что повышает чувствительность устройств.
3. Фотореактивность: Гидрогель улучшает фотомодуляционные свойства, что делает его полезным для устройств, которые работают на основе света, таких как светоуправляемые кардиостимуляторы.
Новый биоэлектронный гидрогель представляет собой шаг вперед в области медицинских технологий, открывая возможности для создания биосовместимых, имплантируемых устройств, способных надежно работать с живыми тканями.
Источник ✍️
3 минуты
11 ноября 2024