Американская исследовательская группа разработала технологию, которая превращает гидрогель в полупроводник. Прорывное изобретение имеет множество применений в медицине и превращает в реальность мечты о кибернетических модификациях тела, известные из киберпанк-игр, фильмов и книг.
Команда ученых из США совершила значительный прорыв. Им удалось новаторским образом объединить мир электроники и человеческого тела. В основе этого лежит технология, которая превращает гидрогель – мягкий материал на водной основе, часто используемый в контактных линзах, – в полупроводник. Это важный компонент электрических цепей в таких устройствах, как процессоры, датчики и светодиоды.
По мнению ученых, их работа и дальнейшее развитие биоэлектроники могут не только произвести революцию в имплантируемых устройствах, таких как кардиостимуляторы и биосенсоры, но и сделать возможным их многочисленные нехирургические применения. Чтобы добиться всего этого, американские исследователи использовали хитрый процесс.
Вызовы биоэлектроники
Одна из самых больших проблем до сих пор, так называемая биоэлектроника (соединение живой ткани с электронными компонентами) представляла собой сложную совместимость обоих миров. Живая ткань мягкая, влажная и притягивает воду, тогда как электроника обычно твердая, хрупкая и водонепроницаемая. Чтобы биоэлектроника была оптимально интегрирована в организм, она должна обладать как механическими свойствами ткани, так и электронными возможностями полупроводника.
Именно здесь в игру вступает гидрогель, как объясняет Сихонг Ван, доцент Чикагского университета. Гидрогели мягкие и содержат такое же количество воды, как и живые ткани. Они также пористые и обеспечивают эффективное распределение питательных веществ. Однако до сих пор гидрогели не обладали проводящими свойствами, но теперь ситуация изменилась.
Как был получен гидрогель-полупроводник
Ван и его команда намеревались создать материал, который был бы биосовместимым и электропроводящим. Они использовали два ключевых ингредиента – специальный полупроводник, способный проводить электричество при определенных условиях, и акриловую кислоту (вещество, способное образовывать гели).
Они растворили оба вещества в ДМСО (диметилсульфоксиде), веществе, которое может растворять твердые материалы и сохранять их жидкими. Как только смесь полностью растворилась, ученые подвергли ее воздействию ультрафиолета, в результате чего молекулы обоих веществ сшивались и образовывали гель.
Однако этот гель еще не был готов к использованию, поскольку в нем все еще содержался непригодный для человеческого организма растворитель ДМСО. Чтобы усовершенствовать гель, Ван и его команда поместили его в воду, которая постепенно превратила гель в гидрогель. В результате получился мягкий синий материал, безопасный для тела и являющийся мощным полупроводником.
Преимущества нового материала
Комбинация гидрогеля и полупроводника обеспечивает значительные преимущества совместимости по сравнению с традиционной биоэлектроникой. Благодаря мягкому, гибкому соединению с тканью иммунные реакции и воспаления, которые часто возникают при использовании обычных имплантатов, могут быть значительно уменьшены.
Как объясняет Яхао Дай, соавтор проекта, эта технология особенно подходит для решения задач, связанных с имплантируемыми медицинскими устройствами, такими как биохимические датчики и кардиостимуляторы.
Кроме того, этот материал также открывает широкий спектр нехирургических применений, таких как улучшенный уход за ранами или носимые датчики, расположенные близко к коже. И кто знает – возможно, изобретение команды Ванга – первый шаг к цифровой персонализации тела, что является одним из клише киберпанка.
Читайте на тему: Нанобатарейки – маленькие размеры, большие возможности