Исследователи разработали мягкие, растягивающиеся «гелевые батареи», которые можно использовать в носимых устройствах или мягкой робототехнике, или даже имплантировать в мозг для доставки лекарств или лечения таких заболеваний, как эпилепсия. Больше интересной информации можно получить по ссылке https://perspektplus.ru. Исследователи из Кембриджского университета черпали вдохновение у электрических угрей, которые оглушают свою добычу с помощью модифицированных мышечных клеток , называемых электроцитами.
Подобно электроцитам, желеобразные материалы, разработанные кембриджскими исследователями, имеют слоистую структуру, напоминающую липкий конструктор Lego, что позволяет им проводить электрический ток.
Самовосстанавливающиеся гелевые батареи могут растягиваться более чем в десять раз от своей первоначальной длины, не влияя на свою проводимость — первый раз, когда такая растяжимость и проводимость были объединены в одном материале. Результаты опубликованы в журнале Science Advances .
Желейные батареи сделаны из гидрогелей: 3D-сетки полимеров, которые содержат более 60% воды. Полимеры удерживаются вместе обратимыми взаимодействиями включения/выключения, которые контролируют механические свойства желе .
Возможность точного контроля механических свойств и имитации характеристик человеческих тканей делает гидрогели идеальными кандидатами для мягкой робототехники и биоэлектроники; однако для таких применений они должны быть как проводящими, так и эластичными.
Исследователи разработали мягкие, растягивающиеся «гелевые батареи», которые можно использовать в носимых устройствах или мягкой робототехнике, или даже имплантировать в мозг для доставки лекарств или лечения таких заболеваний, как эпилепсия. Кредит: Кембриджский университет
«Сложно разработать материал, который был бы одновременно и высокоэластичным, и высокопроводящим, поскольку эти два свойства обычно противоречат друг другу», — сказал первый автор Стивен О'Нил с химического факультета имени Юсуфа Хамида в Кембридже. «Обычно проводимость уменьшается при растяжении материала».
«Обычно гидрогели изготавливаются из полимеров, имеющих нейтральный заряд, но если мы их зарядим, они могут стать проводящими», — говорит соавтор доктор Джейд МакКьюн, также с кафедры химии. «И, изменяя солевой компонент каждого геля, мы можем сделать их липкими и спрессовать их вместе в несколько слоев, чтобы мы могли создать больший энергетический потенциал».
В обычной электронике используются жесткие металлические материалы с электронами в качестве носителей заряда , тогда как в гелевых батареях для переноса заряда используются ионы, как в электрических угрях.
Гидрогели прочно прилипают друг к другу из-за обратимых связей, которые могут образовываться между различными слоями, используя бочкообразные молекулы, называемые кукурбитурилами, которые похожи на молекулярные наручники. Прочная адгезия между слоями, обеспечиваемая молекулярными наручниками, позволяет растягивать желейные батареи без разрыва слоев и, что особенно важно, без потери проводимости.
Свойства гелевых батарей делают их перспективными для будущего использования в биомедицинских имплантатах, поскольку они мягкие и принимают форму человеческой ткани. «Мы можем настраивать механические свойства гидрогелей так, чтобы они соответствовали человеческой ткани » , — сказал профессор Орен Шерман, директор лаборатории синтеза полимеров в Мелвилле, который руководил исследованием совместно с профессором Джорджем Маллиарасом из инженерного факультета.
«Поскольку гидрогелевые имплантаты не содержат жестких компонентов, таких как металл, вероятность отторжения их организмом или образования рубцовой ткани гораздо ниже».
Помимо своей мягкости, гидрогели также удивительно прочны. Они выдерживают сдавливание, не теряя при этом своей первоначальной формы, и способны к самовосстановлению при повреждении.
Исследователи планируют провести будущие эксперименты по испытанию гидрогелей на живых организмах, чтобы оценить их пригодность для различных медицинских применений.