Исследователи создали высокопроводящий гидрогель для медицины

Гидрогели, обладая механическими свойствами, схожими с тканями, всё чаще используются в биомедицине (например, мягкие контактные линзы). Эти гелеобразные полимеры состоят на 90% из воды, эластичны и биосовместимы. Электропроводящие гидрогели открывают дополнительные возможности, например, для передачи электрических сигналов в организме или в качестве сенсоров.

Междисциплинарная команда исследовательской группы RTG 2154 "Материалы для мозга" Кильского университета (CAU) разработала метод создания гидрогелей с высоким уровнем электропроводности. Особенность метода в том, что механические свойства гидрогелей при этом в значительной степени сохраняются. Это делает их перспективным материалом для медицинских функциональных имплантатов, например, для лечения заболеваний мозга. Результаты опубликованы 16 марта 2021 года в журнале Nano Letters.

Сочетание проводимости и эластичности

Обычно для придания гидрогелям проводимости в них добавляют проводящие наноматериалы (нанопроволоки из золота, графен или углеродные нанотрубки) в высокой концентрации, что ухудшает исходные механические свойства, такие как эластичность. Новый метод использует значительно меньше графена.

Учёные нанесли тонкое покрытие из чешуек графена на каркас из керамических микрочастиц. Затем добавили гидрогель полиакриламид, который окружил каркас. После этого каркас вытравили, оставив в гидрогеле сеть микроскопических каналов, покрытых графеном, — подобно искусственной нервной системе.

Преимущества нового материала

• Высокая проводимость: 3D-изображения, полученные в Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) с помощью интенсивного рентгеновского излучения на синхротроне PETRA III (DESY), показали, что множество соединений между графеновыми трубками обеспечивает надёжное прохождение электрических сигналов.
• Сохранение эластичности: Использование малого количества графена позволило сохранить ключевые механические свойства исходного гидрогеля, что важно для взаимодействия с клетками.
• Растяжимость: Трёхмерная сеть каналов может гибко адаптироваться к окружающей среде.

Перспективы применения

• Медицинские имплантаты: Для контролируемой доставки лекарств в мозг при лечении эпилепсии, опухолей или аневризм.
• Биогибридная робототехника: Использование силы, которую клетки exert на своё окружение, для приведения в действие миниатюрных роботизированных систем.

Исследование проводилось в рамках RTG 2154, что обеспечило идеальные междисциплинарные условия для решения биомедицинских задач, сочетающих материаловедение и медицину.