تولید هیدروژلی که برای ادوات زیست‌الکترونیک بسیار مناسب است

محققان یک کامپوزیت نقره-هیدروژل منحصر به فرد ساخته اند که از نظر الکتریکی بسیار رسانا و نرم است و با حفظ انعطاف پذیری و تغییر شکل پذیری قادر به عبور جریان مستقیم الکتریسیته است. این هیدروژل برای استفاده در حوزه زیست‌الکترونیک بسیار مناسب است. نتایج این پروژه در نشریه Nature Electronics منتشر شده است.

در حوزه رباتیک، فلزات مزایای بسیاری نظیر مقاومت، دوام و هدایت الکتریکی بالا دارند. اما در عین حال فلزات سنگین، سفت و سخت هستند و این خصوصیات برای ایجاد سیستم های نرم و انعطاف پذیر به منظور تولید ادوات الکترونیکی پوشیدنی و رابط‌های انسان و ماشین مناسب نیستند.

از طرف دیگر، هیدروژل‌ها سبک، انعطاف‌پذیر و زیست سازگار هستند و این ویژگی‌های مواد برای تولید لنزهای تماسی و مهندسی بافت عالی هستند. با این حال، هیدروژل‌ها الکتریسیته مورد نیاز مدارهای دیجیتال و زیست‌الکترونیک را به خوبی هدایت نمی کنند.

محققان آزمایشگاه ماشین‌های نرم دانشگاه کارنگی ملون یک کامپوزیت نقره-هیدروژل منحصر به فرد ساخته اند که دارای هدایت الکتریکی بالا است و قادر به عبور جریان مستقیم است. این هیدروژل در عین حال، انعطاف پذیر و تغییر شکل پذیر است.

این تیم پلاکت‌های نقره به اندازه میکرومتری را در یک ماتریس هیدروژل پلی آکریل آمید-آلژینات قرار داد. پس از فرآیند آبگیری، این پلاکت‌ها شبکه های نفوذ را تشکیل می دهند. آنها رسانای الکتریکی و مقاوم در برابر تغییر شکل مکانیکی بودند. با کنترل فرآیند آبگیری و آبرسانی، مهندسان جمع شدن یا از هم گسیختگی پلاکت‌ها را مدیریت نموده و اتصالات الکتریکی برگشت پذیر ایجاد کردند.

تلاش‌های قبلی برای ترکیب فلزات و هیدروژل منجر به شرایطی می‌شد که در آن بهبود هدایت الکتریکی باعث کاهش شکل پذیری و تغییر شکل می‌شد. مهندسان درصدد برآمدند تا با استفاده از تجربیات خود در زمینه تولید الاستومرهای فلزی مایع رسانای کششی این مشکل را حل کنند.

کارمل مجیدی، استاد مهندسی مکانیک و نویسنده مقاله مربوط به این پروژه می‌گوید: «این کامپوزیت جدید با هدایت الکتریکی بالا و کشش زیاد، کاربردهای زیادی در زیست‌الکترونیک دارد. به عنوان مثال ، شما می توانید یک برچسب مغز به همراه حسگر برای پردازش سیگنال، یک دستگاه پوشیدنی برای تولید برق و نمایشگرهای انعطاف‌پذیر تولید کنید.»

این هیدروژل نقره کامپوزیت با استفاده از روش‌های استاندارد مانند لیتوگرافی قابل چاپ است. محققان از این روش برای تولید الکترودهای پوستی برای تحریک الکتریکی عصبی عضلانی استفاده کرده اند. به گفته مجیدی، این کامپوزیت می تواند ناحیه وسیعی از بدن انسان را "مانند لایه دوم بافت عصبی روی پوست" تحت پوشش قرار دهد.

در آینده، این کامپوزیت در درمان اختلالات عضلانی و اختلالات حرکتی، نظیر بیماران مبتلا به بیماری پارکینسون یا پس از سکته مغزی مفید خواهد بود.