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環(huán)球觀熱點(diǎn)：3D打印無金屬柔性膠狀電極問世

2023-06-20 05:37:20 來源：科技日?qǐng)?bào)

(資料圖)

研究人員開發(fā)了一種不含金屬的果凍狀材料，它像生物組織一樣柔軟而堅(jiān)韌，并且可以像傳統(tǒng)金屬一樣導(dǎo)電。圖片來源：美國(guó)麻省理工學(xué)院

科技日?qǐng)?bào)記者?張佳欣

據(jù)最新一期《自然·材料》雜志報(bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種不含金屬的、類似果凍的材料，它像生物組織一樣柔軟和堅(jiān)韌，同時(shí)可像傳統(tǒng)金屬一樣導(dǎo)電。這種材料可制成打印墨水，有朝一日或成為功能性凝膠基電極，且具有生物組織的外觀和手感。

研究人員表示，膠狀電極有可能取代金屬來刺激神經(jīng)，并與心臟、大腦和身體其他器官連接。

研究人員希望導(dǎo)電聚合物和水凝膠的結(jié)合將產(chǎn)生一種靈活的、生物相容的和導(dǎo)電的凝膠。但到目前為止制造的材料要么太脆弱，要么電氣性能很差。為了分別保持導(dǎo)電聚合物和水凝膠的電氣和機(jī)械強(qiáng)度，這兩種成分應(yīng)該以一種略有排斥的方式混合，這種狀態(tài)被稱為相分離。在這種略微分離的狀態(tài)下，每種成分都可將各自的聚合物連接起來，形成細(xì)長(zhǎng)的微觀鏈，同時(shí)也可以作為一個(gè)整體混合。

研究人員將其稱為具有電氣和機(jī)械性能的“意大利面”。其中“電氣意大利面”是一種導(dǎo)電聚合物，可通過材料傳遞電流；而“機(jī)械意大利面”就是水凝膠，可傳遞機(jī)械力，而且由于它也是連續(xù)的，所以很堅(jiān)韌有彈性。

研究人員調(diào)整了配方，將“意大利面”煮成墨水，通過3D打印機(jī)輸入，并打印到純水凝膠薄膜上，圖案類似于傳統(tǒng)的金屬電極。

研究人員將打印的果凍狀電極植入大鼠的心臟、坐骨神經(jīng)和脊髓。在動(dòng)物身上測(cè)試了長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月后這些設(shè)備始終保持穩(wěn)定，幾乎沒有導(dǎo)致周圍組織產(chǎn)生炎癥或疤痕。電極還能夠?qū)碜孕呐K的電脈沖傳遞給外部監(jiān)測(cè)器，并將微小脈沖傳遞到坐骨神經(jīng)和脊髓，進(jìn)而刺激相關(guān)肌肉和四肢的運(yùn)動(dòng)。

研究人員設(shè)想，未來這種新材料能應(yīng)用于心臟手術(shù)患者的恢復(fù)，可用作器官和長(zhǎng)期植入物（包括起搏器和深部腦刺激器）之間的軟電子接口。

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