Инженеры разработали желеобразные электроды без металлов для кардиостимуляторов
Исследователи разработали мягкий материал, который не содержит металлов, но подойдет для печати электродов для биомедицинских устройств.
Инженеры из Массачусетского технологического института разработали не содержащий металлов материал, похожий на желе. Он мягкий и прочный, как биологическая ткань, и может проводить электричество так же, как обычные металлы. Технология подойдет для создания биосовместимых электродов для имплантируемых устройств.
Подавляющее большинство полимеров являются изоляторами: они не пропускают электрический ток. Исследователи работали над созданием мягких, но прочных электропроводящих пленок и пластырей, путем смешивания частиц проводящих полимеров с гидрогелем. Но существующие разработки были либо слишком слабыми и хрупкими, либо обладали плохими электрическими характеристиками.
Инженеры разработали новую технологию смешивания частиц проводящих полимеров с гидрогелями - мягкими и губчатыми полимерами с высоким содержанием воды. Они установили, что для сохранения электропроводности полимера и прочности гидрогеля оба ингредиента должны быть смешаны таким образом, чтобы они слегка отталкивались - состояние, известное как фазовое разделение. В этом состоянии каждый ингредиент отдельно образует длинные микроскопические нити.
Представьте, что мы делаем электрические и механические спагетти. Электрические спагетти - это проводящий полимер, который может передавать электричество через материал, потому что он непрерывен. А механические спагетти - это гидрогель, который может передавать механические усилия и быть прочным и эластичным, потому что он также непрерывен.
Сюаньхэ Чжао, профессор Массачусетского технологического института
Инженеры использовали свой материал для создания биочернил. С их помощью на пленке из чистого гидрогеля были напечатаны электроды. Ученые имплантировали напечатанные желеобразные электроды в сердце, седалищный нерв и спинной мозг крыс. Тестирование в течение двух месяцев показало, что устройства оставались стабильными на протяжении всего времени, и вызывали только небольшие воспаления или рубцевание окружающих тканей.
Независимо от формы и функции, почти все имплантаты содержат электроды - небольшие проводящие элементы, которые прикрепляются к тканям-мишеням для электрической стимуляции мышц и нервов. Как правило, их изготавливают из твердых металлов, обладающих электропроводностью. У таких устройств есть один недостаток: со временем металлы могут раздражать ткани, вызывая рубцевание и воспаление, что ухудшает работу импланта. Альтернативные материалы помогут продлить работу устройств, уверены инженеры.