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研究团队生产了医用导电水凝胶

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妙手带夫 楼主
发布于 2021-04-29 13:13
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Research team produces extremely co<em></em>nductive hydrogel for medical applications

由于其类似组织的力学性能,水凝胶正越来越多地用于生物医学应用;软性隐形眼镜就是一个著名的例子。这些凝胶状聚合物含有90%的水,具有弹性,特别具有生物相容性。水凝胶还具有导电性,可以应用于其他领域,例如人体电信号的传输或传感器。基尔大学(CAU)研究培训组(RTG) 2154“大脑材料”的一个跨学科研究团队现在开发了一种生产具有优异导电性水平的水凝胶的方法。这种方法的特别之处在于,水凝胶的机械性能得到了很大程度的保留。通过这种方式,它们可以特别适合,例如,作为医疗功能植入物的材料,用于治疗某些脑部疾病。该小组的研究结果于2021年3月16日发表在该权威杂志上 纳米快报

“水凝胶的弹性可以适应体内各种类型的组织,甚至可以适应脑组织的一致性。这就是为什么我们对这些水凝胶作为植入材料特别感兴趣,”材料科学家Margarethe Hauck解释说,她是RTG 2154的博士研究员,也是这项研究的主要作者之一。因此,材料和医学科学家的跨学科合作重点是开发用于植入物的新材料,例如用于释放治疗癫痫、肿瘤或动脉瘤等脑部疾病的活性物质。导电水凝胶可用于控制活性物质的释放,以更有针对性的方式局部治疗某些疾病。

为了生产导电水凝胶,传统的水凝胶通常与由金属或碳制成的导电纳米材料混合,如金纳米线、石墨烯或碳纳米管。为了达到良好的导电性,通常需要高浓度的纳米材料。然而,这改变了水凝胶原有的力学性质,如弹性,从而影响了它们与周围细胞的相互作用。“细胞对环境的性质特别敏感。基尔大学材料科学研究所的博士研究员、同时也是该研究的主要作者克里斯汀·阿恩特解释道。

Research team produces extremely co<em></em>nductive hydrogel for medical applicationsnsists of only one layer of carbon atoms. What makes this new method different is the amount of graphene used. "We are using significantly less graphene than previous studies, and as a result, the key properties of the hydrogel are retained," says Schütt about the current study, which he initiated.

为了实现这一目标,科学家们在陶瓷微粒的精细框架结构上薄薄地涂上了石墨烯薄片。然后他们加入了水凝胶聚丙烯酰胺,它包围了框架结构,最终被腐蚀掉。水凝胶中的薄石墨烯涂层不受这一过程的影响。现在,整个水凝胶都布满了石墨烯涂层的微通道,类似于人工神经系统。

Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG)的特殊3D图像显示了通道系统的高电导率:“由于单个石墨烯管之间有大量的连接,电子信号总是能够通过这种材料找到自己的方式,使其非常可靠,”HZG成像和数据科学部主任、RTG的准成员Berit Zeller-Plumhoff博士说。在高强度x射线的帮助下,这位数学家在德国电子同步加速器DESY的存储环PETRA III的HZG操作的成像光束线上,在短时间内拍摄了图像。三维网络还有另一个优势:它的延展性使其能够相对灵活地适应环境。

Research team produces extremely co<em></em>nductive hydrogel for medical applicationsnal and international demand for qualified specialists will increase—and this is what we want to prepare our doctoral researchers for in the best possible way," adds her successor Rainer Adelung, Professor of Functional Nanomaterials at Kiel University and spokesperson of the RTG since 2020.

在未来,这种新型导电水凝胶的各种附加应用都是可能的:Margarethe Hauck计划开发一种水凝胶,它能对温度的微小变化做出反应,并能以可控的方式在大脑中释放活性物质。克里斯汀·阿恩特(Christine Arndt)正在研究如何将导电水凝胶用作生物混合机器人。细胞对环境施加的力可以用来驱动微型机器人系统。


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