Čikāgas Universitātes Pritzkera Molekulārās inženierijas skolas pētnieki ir izstrādājuši hidrogelu ar pusvadītāju iespējām, kas vajadzīgas, lai pārsūtītu informāciju starp dzīviem audiem un mašīnām. To var izmantot gan implantējamām medicīnas ierīcēm, gan neķirurģiskām lietojumiem. Attēla avots: Pritzkera molekulārās inženierzinātņu skola Čikāgas universitātē
Ideālam materiālam elektronisko komponentu un dzīvu audu savienošanai jābūt mīkstiem, izstiepjamiem un hidrofīliem, līdzīgi kā hidrogēli. Pusvadītāju materiāli parasti ir cieti, trausli un nav hidrofīli, un tie nevar izšķīst ūdenī, piemēram, hidrogēlos. Ja bioelektroniskās ierīcēs, piemēram, elektrokardiostimulatoros, biosensoros un zāļu piegādes ierīcēs, tiek izmantoti pusvadītāji, šie trūkumi rada milzīgu šķērsli.
Jaunajam materiālam ir audu līmeņa modulis līdz 81 kPa, stiepšanās līdz 150%un pārvadātāja mobilitāte līdz 1,4 kvadrātcentimetriem/voltu sekundēm. Tas parāda, ka šis materiāls, kam ir gan pusvadītāju īpašības, gan hidrogela īpašības, atbilst visām prasībām ideālai bioelektroniskajai saskarnei.
Tā kā implantējamas bioelektroniskās ierīces ir tiešā saskarē ar audiem, tām jāspēj deformēties ar audiem, lai veidotu ļoti kompaktu bioloģisko saskarni.
Tradicionālā hidrogeļu sagatavošanas metode ir materiāla izšķīšana ūdenī un pēc tam pievieno to, lai šķīdumu pārvērstu želejas stāvoklī. Tomēr pusvadītāju materiāli parasti nešķīst ūdenī. Šajā nolūkā komanda izstrādāja šķīdinātāju apmaiņas procesu. Tā vietā, lai izšķīdinātu pusvadītāju ūdenī, tas tiek izšķīdināts organiskā šķīdinātājā, kas ir sajaukts ar ūdeni. Pēc tam, lai to sagatavotu, viņi izmanto izšķīdušo pusvadītāju un hidrogelu prekursoru.
Sākotnējais produkts ir organisks želeja. Pēc tam komanda iemērc visu materiālu sistēmu ūdenī, lai izšķīdinātu organisko šķīdinātāju un ļautu ūdenim tajā iekļūt. Iegūto materiālu var plaši izmantot dažādiem polimēru pusvadītājiem ar dažādām funkcijām.
Ir vērts atzīmēt, ka, salīdzinot ar tradicionālajiem hidrogeliem, šis jaunais materiāls ne tikai uzlabo bioloģiskās funkcijas, bet arī parāda spēju pārspēt vienkāršus hidrogēlus vai pusvadītāju materiālus daudzos aspektos, sasniedzot labāku visaptverošu efektu.
Šis pētījums šobrīd galvenokārt atrisinās izaicinājumus, ar kuriem saskaras implantējamas medicīniskās ierīces, piemēram, bioķīmiskie sensori un elektrokardiostimulatori, taču tam ir arī daudz potenciālu neinvazīvu pielietojumu, piemēram, precīzāka ādas datu lasīšana un uzlabota brūču kopšana. Materiālam ir ārkārtīgi mīkstas mehāniskas īpašības un augsts ūdens saturs, kas ir līdzīgs dzīviem audiem. Tajā pašā laikā tas ir arī porains, kas nozīmē, ka var pārvadāt dažādas barības vielas un ķīmiskas vielas. Kad visas šīs īpašības tiek apvienotas, jaunais hidrogels kļūs par vienu no visnoderīgākajiem materiāliem audu inženierijā un zāļu piegādē.
Šis pētījums šobrīd koncentrēsies uz tādu izaicinājumu risināšanu, ar kurām saskaras implantējamas medicīniskās ierīces, piemēram, bioķīmiskie sensori un elektrokardiostimulatori, taču tam ir arī daudz potenciālu neinvazīvu pielietojumu, piemēram, precīzāka ādas datu lasīšana un uzlabota brūču kopšana. Materiālam ir ārkārtīgi mīkstas mehāniskas īpašības un augsts ūdens saturs, kas ir līdzīgs dzīviem audiem. Tajā pašā laikā tas ir arī porains, kas nozīmē, ka var pārvadāt dažādas barības vielas un ķīmiskas vielas. Kad visas šīs īpašības tiek apvienotas, jaunais hidrogels kļūs par vienu no visnoderīgākajiem materiāliem audu inženierijā un zāļu piegādē.