С другой стороны, гидрогели легкие, растяжимые и биосовместимые, что делает их отличными материалами для изготовления контактных линз и строительных лесов тканевой инженерии. Однако они плохо проводят электричество, что необходимо для цифровых схем и приложений биоэлектроники.
Исследователи из Лаборатории мягких машин Университета Карнеги-Меллона разработали уникальный композит серебро-гидрогель, который обладает высокой электропроводностью и способен подавать постоянный ток, сохраняя при этом мягкую податливость и деформируемость.
Результаты опубликованы в Nature Electronics.
Команда поместила серебряные хлопья микрометрового размера в полиакриламидно-альгинатную гидрогелевую матрицу. После процесса частичной дегидратации хлопья образовали перколяционные сети, которые были электропроводными и устойчивыми к механическим деформациям. Управляя процессом обезвоживания и гидратации, можно заставить хлопья слипаться или разламываться, образуя обратимые электрические соединения.
Предыдущие попытки объединить металлы и гидрогели показали компромисс между улучшенной электропроводностью и пониженной податливостью и деформируемостью. Маджиди и его команда стремились решить эту проблему, опираясь на свой опыт в разработке растяжимых проводящих эластомеров с жидким металлом.
«Благодаря высокой электропроводности и высокой податливости или« мягкости »этот новый композит может найти множество применений в биоэлектронике и не только», – пояснил Кармель Маджиди, профессор машиностроения. "Примеры включают наклейку для мозга с датчиками для обработки сигналов, носимое устройство для выработки энергии для силовой электроники и растягиваемые дисплеи."
Композитное серебро-гидрогель может быть напечатано стандартными методами, такими как трафаретная литография, аналогично трафаретной печати.
Исследователи использовали эту технику для разработки кожных электродов для нервно-мышечной электростимуляции. По словам Маджиди, композит может покрывать большую площадь человеческого тела, «как второй слой нервной ткани на вашей коже»."
Будущие приложения могут включать лечение мышечных расстройств и двигательных нарушений, например, помощь кому-то, у кого тремор от болезни Паркинсона или трудности с захватом чего-либо пальцами после инсульта.