Гидрогель – один из самых интересных материалов, используемых человеком. Из него изготавливают контактные линзы и импланты, его используют в качестве индикаторов наличия веществ, как систему отложенной доставки лекарственных препаратов, для поглощения жидкостей и для других целей. В попытках получить совершенно новые свойства у гидрогеля, исследователи из Университета Карнеги-Меллона на его основе разработали токопроводящий композит с использованием серебра.

Недостатки конструкции

Во время создания разнообразных конструкций, таких как носимые устройства, робототехника, электроника и прочие, разработчики столкнулись с большой проблемой. Классические материалы для создания различных конструкций – это металлы и полимеры. Они могут обеспечить высокую прочность и износостойкость, но для систем, требующих большой гибкости и эластичности они совершенно не подходят. Разработчики стали использовать в таких случаях гидрогели, представляющие собой своеобразную полимерную сетку, которая удерживает внутри себя жидкость. Они обладают интересными свойствами и могут применяться в самых разных ситуациях. К примеру, на основе гидрогелей собирают ткани для трансплантации. К сожалению, сфера применения гидрогеля очень ограничена – полноценному использованию мешает одно из его свойств: он не проводит электричество.

Чрезвычайно пластичный гидрогель сложно найти применение там, где требуется передать электрические импульсы. Металлические проводники недостаточно гибкие, прочные и эластичные. Разработчики из лаборатории мягких машин, расположенной при Университете Карнеги-Меллона, разработали серебряно-гидрогелевый композит, обладающий высокой электропроводностью.

Электропроводящий гидрогель

Основной идеей, позволившей добиться проводимости, стало включение в состав гидрогеля металлов. Для этого решили использовать серебро, а именно, чешуйки величиной в микрометр. Их ввели в полиакриламидно-альгинатную матрицу гидрогеля. Для воздействия на внутреннюю структуру гидрогель подвергали частичной дегидратации, при этом частички микроскопические хлопья объединялись в пространственную сеть, проходящую через весь объём. Электропроводящая сеть оказалась очень устойчивой как к различным деформациям, так и к растягиванию. Исследователям удалось добиться формирования проводящих каналов, управляя процессом гидратации/дегидратации. Этот процесс оказался обратимым, электрические соединения можно разрушить, чтобы образовать новые.

Все предыдущие попытки создать проводящий гидрогель наткнулись на непреодолимую преграду. Как только металлы добавлялись в структуру гидрогеля, он сразу же частично утрачивал свои пластичные и эластичные свойства. Используя новые технологии и большой опыт в создании проводящих эластомеров с использованием жидких металлов, удалось добиться серьёзных результатов. Теперь гидрогель сможет проводить электричество, а потому его сфера применения существенно расширится.

Одно из применений – носимая электроника, датчики и электроды. Сенсоры и электроды можно будет печатать, используя распространённую сейчас литографию. Гидрогель инертен по отношению к живым тканям, поэтому изготовленные из него электроды и датчики можно будет крепить как на кожу, так и незащищённые ткани. С их помощью удастся стимулировать мышечную активность и фиксировать данные о работе головного мозга. В инженерии тканей для имплантации новые композиты могут оказаться просто незаменимыми. Не меньшие перспективы открываются и в изготовлении робототехники. Сейчас ведутся активные разработки в области мягких роботов, где найдут применение эластичные и гибкие проводящие структуры.

Понравилась эта новость? Подпишись на нас в соцсетях!