Google
  • Поделиться:

Разработка "пластыря будущего" учеными из университета Массачусетса.

Ученые из университета Массачусетса разработали то, что можно назвать лейкопластырем будущего, в основе которого - липкий, эластичный, гелеобразный материал, который может включать датчики температуры, светодиоды, и другую электронику, а так же может служить каналом доставки препаратов в сложные участки тела. "Умный пластырь" выпускает лекарство в ответ на изменения температуры кожи, и показывает, когда содержание препарата становится слишком низким.


Материал может быть интегрирован с различной электроникой. На фотографии, приложенной к статье - лист геля подключен к матрице полимерных островков (красные объекты), которые могут инкапсулировать различные электронные компоненты, типа полупроводниковых микросхем, датчиков температуры и т.д. Когда пластырь находится на "неудобной" области тела, например, на локте или на колене, она принимает форму этого участка, сохраняя функциональность и невредимость встроенной электроники.

Ключевым в конструкции является матрица гидрогеля, разработанная профессором Xuanhe Zhao. Гидрогель, описанный им ранее, является "резиновым" (по консистенции) материалом, состоящим преимущественно из воды, предназначен он для надежного соединения с поверхностями из золота, титана, алюминия, кремния, стекла и керамики. В новом докладе, опубликованном в журнале Advanced Materials, команда исследователей поведала о встраивании различной электроники в гидрогель. В качестве электроники использовались ранее упомянутые полупроводниковые чипы, светодиоды, датчики температуры и провода, проводящие переменный ток. Zhao говорит, что электронику, покрытую гидрогелем, можно использовать не только на поверхности кожи, но и внутри тела, например, в виде имплантированных биосовместимых датчиков глюкозы, или даже мягких нейронных зондов.

"Электроника обычно твердая и сухая, человеческое тело - мягкое и влажное (относительно). Эти системы имеют совершенно разные свойства. Если вы хотите, чтобы электроника находилась в тесном контакте со средой человеческого тела и сохраняла свою функциональность, ее необходимо адаптировать с помощью специальных материалов. Эта необходимость и послужила толчком для разработки нашего материала" - говорит Zhao.

Прочность и эластичность

"Ранее разработанные синтетические гидрогели являются хрупкими, плохо растягиваются, и слабо удерживаются с другими поверхностями. Они часто используются в качестве разлагаемых биоматериалов. Если вы хотите, чтобы электронное устройство без проблем контактировало с гидрогелем и с агрессивной к нему средой, вы должны думать в первую очередь о долговечности и стабильности, как гидрогелей, так и устройств. Это логично" - говорит автор исследований Zhao.

Для решения этой проблемы команда примешивала к воде - основному компоненту материала - небольшое количество биополимеров, чтобы создать мягкий, эластичный материал с жесткостью от 10 до 100 кПа (диапазон жесткости мягких тканей человека). Исследователи также создали возможность плотного прилегания гидрогеля к различным неровным поверхностям.

В последнем исследовании ученые применили свои методы, чтобы продемонстрировать несколько способов применения гидрогеля, в том числе инкапсуляции титановой проволоки для формирования прозрачного растягивающегося проводника. В экспериментах они деформировали и тянули инкапсулированный провод множество раз, и обнаружили, что постоянная электропроводность сохраняется.

Также командой было создано множество светодиодов, которые были позже встроены в лист гидрогеля. При подключении светодиодов к различным областям тела, массив продолжал функционировать даже при деформации вследствие наложения на движущиеся области тела, такие, как, например, локтевой и коленный сгибы.

Универсальная матрица

Наконец, помимо того, что исследователи встраивали в гидрогель различную электронику, они снабдили некоторые образцы крошечными резервуарами для препаратов. Они разработали два пути для доставки препарата через гидрогель - встроенные в гидрогель трубки и микроотверстия. Где бы они ни размещали пластырь, даже при сильном растяжении он продолжает корректно контролировать температуру кожи и доставлять препараты в соответствии с показателями датчиков. Глава исследования сообщает, что в дальнейшем, с развитием технологии, будут разработаны "пластыри", покрывающие большую площадь, которые будут полезны для лечения ожогов и других крупных повреждений кожи.

"Эта матрица очень универсальна", говорит Yuk. "Еще одна уникальная возможность состоит в том, что когда датчик обнаруживает какую-то проблему, например, аномальное увеличение температуры, устройство, контролирующие выпуск препаратов способно менять план их подачи специально под данную ситуацию".

В настоящее время исследователи изучают потенциал гидрогеля в качестве носителя сенсоров глюкозы и нейронных зондов.