Nový typ 3D tisknutelného polymeru vyvinutý výzkumníky z University of Virginia představuje významný pokrok v oblasti biokompatibilních materiálů s potenciálními aplikacemi od bezpečnějších transplantací orgánů až po účinnější baterie. Jedinečná elasticita a biokompatibilita materiálu řeší kritická omezení stávajících polymerů používaných v biomedicínských a energetických technologiích.
Problém se stávajícími polymery
Polyethylenglykol (PEG), běžně používaný materiál v tkáňovém inženýrství a dodávání léků, se při vytváření sítí stává křehkým. Tradiční sítě PEG, vytvořené zesíťováním ve vodě a následným sušením, krystalizují, ztrácejí svou elasticitu a strukturální integritu. Tato tuhost omezuje jejich použití ve větších, flexibilních strukturách, jako jsou syntetické orgány nebo dynamické lékařské implantáty.
Design “Skládací kartáč na láhve”.
Průlom spočívá v přizpůsobení designu “folding bottle brush”, inspirovaném strukturou elastické gumy. Tato architektura zahrnuje dlouhé, flexibilní postranní řetězy vyzařující z centrální páteře, což umožňuje materiálu uchovávat délku uvnitř, jako u akordeonu. Při natažení se tyto řetězy rozvinou a poskytují výjimečnou elasticitu bez obětování síly.
Jak to funguje: protahování na molekulární úrovni
Výzkumníci vedení Liheng Cai, odborným asistentem materiálové vědy a inženýrství na University of Virginia, aplikovali tento koncept na PEG. Vystavením prekurzorové směsi ultrafialovému světlu zahájili polymeraci a vytvořili síť architektury „bottlebrush“. Výsledný materiál je vysoce roztažitelný, vhodný pro 3D tisk a při deformaci si zachovává svou celistvost.
Biokompatibilita a lékařské aplikace
Nový materiál vykazuje vynikající biokompatibilitu. Buněčné kultury umístěné vedle polymeru nevykazovaly žádné nepříznivé účinky, což potvrzuje jeho vhodnost pro interní lékařské aplikace, jako jsou orgánové lešení nebo systémy s řízeným uvolňováním léčiva. Tato kompatibilita je zásadní pro snížení imunitní rejekce a zajištění dlouhodobé bezpečnosti implantátu.
Potenciál skladování energie
Kromě biomedicínských aplikací má polymer slibné vlastnosti pro pokročilé technologie baterií. Ve srovnání se stávajícími polymerními elektrolyty v pevné fázi vykazuje nový materiál vynikající elektrickou vodivost a roztažnost při pokojové teplotě. Tato kombinace by mohla vést k účinnějším, flexibilnějším bateriím s delší životností.
Další výzkum a vývoj
Výzkumníci zkoumají možnost kombinace polymeru s jinými materiály k vytvoření 3D tištěných kompozitů s přizpůsobeným chemickým složením. To otevírá možnost vytvářet přizpůsobené implantáty, flexibilní senzory nebo vysoce výkonná zařízení pro ukládání energie. Tým pokračuje ve zkoumání příležitostí k rozšíření výzkumu technologie polovodičových baterií.
Tento průlom řeší kritickou potřebu biokompatibilních, roztažitelných materiálů a dláždí cestu pro bezpečnější a účinnější lékařské technologie a pokročilá řešení pro ukládání energie.
