Инженеры создали электропроводящий гидрогель для биомедицинских применений

Синтетические гидрогели перспективны для восстановления тканей, доставки лекарств, медицинских имплантатов и других применений. Гидрогели, функционализированные электропроводящими компонентами, могут использоваться в биоэлектронных устройствах для сердечных или нейронных интерфейсов, например, в нейропротезах, сердечных заплатках и электронной коже.

Команда под руководством доктора Лизхи Сюй с кафедры машиностроения инженерного факультета Гонконгского университета (HKU) разработала новый тип электропроводящего гидрогеля с выдающейся механической прочностью и технологичностью, открывая возможности для создания различных биоэлектронных устройств.

Инновация опубликована в Nature Communications в статье "Hybrid assembly of polymeric nanofiber network for robust and electronically conductive hydrogels".

Синтетические гидрогели — это богатые водой полимерные материалы, напоминающие биологические мягкие ткани. Они мягкие, пористые и биосовместимые, что обеспечивает физический интерфейс между естественными тканями и современными биомедицинскими инструментами. Особый интерес вызывают электропроводящие гидрогели, так как они могут использоваться в биоэлектронных устройствах для сердечных или нейронных интерфейсов.

"Существующие гидрогели механически слабы и сложны в производстве, что ограничивает их практическую пользу. Мы использовали уникальный микромасштабный каркас для синтеза проводящих гидрогелей. Архитектура композитов обеспечила сочетание свойств, недоступное для других гидрогелей, что критически важно для реальных применений в биоэлектронных устройствах", — сказал доктор Сюй.

Для новых гидрогелей команды доктора Сюя использовалась 3D-сеть нановолокон в качестве шаблона для направленной сборки проводящих полимеров (таких как полипиррол). Высокая связность нановолокон обеспечила как структурную прочность, так и эффективный путь для переноса электронов.

"Для потенциальных биомедицинских применений устройство должно выдерживать повторяющиеся механические нагрузки, связанные с движением тела. В этом отношении механическая прочность материалов будет очень важна", — пояснил доктор Сюй.

Полученный материал содержит 80% воды по весу, одновременно демонстрируя высокую электропроводность ~80 С/см и механическую прочность ~9.4 МПа.

"Эти проводящие гидрогели легко изготавливать. Их можно структурировать в массивы электродов, межсоединений и биосенсоров, что позволяет создавать функциональные системы, такие как носимые мониторы здоровья или платформы для тканевой инженерии сердца", — сказал доктор Сюй.

"Это открывает возможности для многих передовых медицинских инструментов в будущем, таких как нейропротезы, сердечные заплатки, электронная кожа и так далее", — добавил он.

Ранее доктор Сюй и его исследовательская группа создали другой новый тип гидрогеля, имитирующего сухожилия, который демонстрирует замечательные механические свойства, близкие к свойствам натуральных сухожилий, и многофункциональность, хорошо подходящую для биомедицинских применений.