Впервые создана технология, позволяющая разработать гибкие и биосовместимые устройства, например, кардиостимуляторы и биохимические сенсоры, которые не вызывают раздражения тканей и обладают высокой чувствительностью.
Новый материал представляет собой голубой гель, который в воде напоминает по структуре медузу, при этом демонстрирует невероятные полупроводниковые свойства, необходимые для передачи сигналов между тканями и электроникой. Он может растягиваться на 150% и обладает мягкостью на уровне 81 кПа, что соответствует характеристикам живой ткани. Такой «гидрогель-полупроводник» станет идеальным материалом для биоэлектронных интерфейсов.
Основной сложностью при разработке биоэлектронных устройств была необходимость создать материал, который был бы таким же мягким, гидрофильным и гибким, как и живая ткань. Существующие полупроводники, которые необходимы для функционирования таких устройств, являются жесткими и плохо взаимодействуют с водой. Команда ученых под руководством профессора Сихона Вана решила пересмотреть традиционный подход к созданию материалов такого рода и разработала метод растворного обмена. Они растворили полупроводники в органическом растворителе, совместимом с водой, а затем добавили к этому раствору прекурсоры гидрогеля, создав органогель. После этого материал погрузили в воду, чтобы органический растворитель растворился, а гидрофильная структура окончательно сформировалась.
«Мы решили изменить подход и создать материал, который будет одновременно полупроводником и гидрогелем», — объясняет участник проекта Яхао Дай. Этот метод может применяться к широкому спектру полупроводниковых полимеров, расширяя возможности его использования в различных медицинских устройствах.
Возможности нового материала выходят за рамки только имплантируемых устройств. Благодаря своей пористой структуре гидрогель позволяет молекулам питательных веществ и лекарственных соединений свободно проникать внутрь, что делает его идеальным материалом для заживления ран и доставки лекарств. По словам профессора Вана, гидрогель-полупроводник позволит значительно улучшить результаты лечения ран и обеспечит более точные показания биосенсоров, установленных на коже.
Главное преимущество нового материала — его комплексные свойства, которые оказывают благотворное воздействие на организм, значительно превосходя возможности обычных гидрогелей или полупроводников. Во-первых, мягкость материала способствует его прочному соединению с тканью, что минимизирует воспалительные реакции при имплантации медицинских устройств. Во-вторых, благодаря высокой пористости геля, биомолекулы легче проникают внутрь, повышая чувствительность биосенсоров. Кроме того, гидрогель позволяет более эффективно поглощать свет, что способствует, например, ускорению заживления ран при использовании световой терапии.
Ранее российские ученые разработали метод доставки противоопухолевых препаратов в ткани головного мозга при помощи гидрогеля.