Исследователи из Чикагского университета представили инновационный материал, обладающий потенциалом стать идеальным посредником между электроникой и живыми тканями. Этот материал, выполненный в форме гидрогеля, сочетает в себе свойства полупроводника с мягкостью и эластичностью, что делает его идеальным кандидатом для использования в биоэлектронике.
Создание гидрогеля стало возможным благодаря усилиям команды ученых под руководством доцента Сихонга Ванга в Школе молекулярной инженерии имени Притцкера (PME) при Чикагском университете. Они разработали новый подход, который позволяет формировать полупроводниковые материалы в виде гидрогелей.
Новый материал обладает модулями на уровне ткани до 81 кПа, растягивается до 150% и демонстрирует подвижность зарядоносителей до 1,4 см²/В·с. Эти характеристики полностью отвечают требованиям, предъявляемым к идеальному биоэлектронному интерфейсу.
По словам Яхао Дая, первого автора публикации, «при разработке имплантируемых биоэлектронных устройств одной из ключевых задач является создание материалов с механическими свойствами, аналогичными тканям. Это обеспечивает возможность их совместной деформации и формирования подлинного биоинтерфейса».
Материал может быть использован в безоперационных приложениях, таких как улучшение процесса снятия показаний с кожи или ускорение заживления ран.
Доцент Чикагского университета PME Сихонг Ван отметил: «Гидрогель отличается мягкостью и высоко гидратирован, что приближает его свойства к свойствам живой ткани. Благодаря своей пористости, он обеспечивает эффективный транспорт питательных веществ и химикатов. Все эти свойства делают гидрогель ценным материалом для тканевой инженерии и доставки лекарств».
Учёные из PME разработали метод формирования гидрогеля, который включает растворение полупроводников в органическом растворителе, после чего они смешиваются с водой. Из этого раствора готовят гель, который вначале представляет собой органогель, а не гидрогель.
По словам Дая, «для превращения его в гидрогель всю систему погружают в воду, позволяя органическому растворителю раствориться и заменить его водой». Преимущество данного метода замены растворителя заключается в его применимости для различных типов полимерных полупроводников.
Полупроводниковый гидрогель, разработанный и запатентованный командой, вскоре будет коммерциализован через Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation при Чикагском университете. Это цельный материал, сочетающий в себе свойства и полупроводника, и гидрогеля.
Отличительной чертой этого нового материала по сравнению с другими гидрогелями является улучшение биологических функций в двух областях. Во-первых, наличие мягкого материала, прикрепляющегося к тканям, минимизирует иммунные реакции и воспаления, типичные для внедрения медицинских устройств. Во-вторых, пористая структура гидрогеля обеспечивает более высокую биосенсорную чувствительность и улучшенные фотомодуляционные эффекты.
Поскольку биомолекулы могут диффундировать в пленку для взаимодействия, это ведет к увеличению точек соприкосновения с биомаркерами, что повышает чувствительность системы. Кроме того, фоточувствительные реакции для терапевтических функций на поверхности тканей также усиливаются благодаря более эффективному переносу редокс видов, что делает такие устройства, как светочувствительные кардиостимуляторы или раневые покрытия, более эффективными при воздействии света, ускоряя заживление.
Источник: iXBT
