Новый тип 3D-печатного полимера, разработанный исследователями из Университета Вирджинии, представляет собой значительный прогресс в области биосовместимых материалов с потенциальными применениями — от более безопасной трансплантации органов до более эффективных аккумуляторов. Уникальная эластичность и биологическая совместимость материала устраняют критические ограничения существующих полимеров, используемых в биомедицинских и энергетических технологиях.
Проблема с существующими полимерами
Полиэтиленгликоль (ПЭГ), часто используемый материал в тканевой инженерии и доставке лекарств, становится хрупким при формировании сетей. Традиционные ПЭГ-сети, созданные посредством сшивания в воде с последующей сушкой, кристаллизуются, теряя свою эластичность и структурную целостность. Эта жесткость ограничивает их использование в более крупных, гибких структурах, таких как синтетические органы или динамические медицинские имплантаты.
Конструкция «складной бутылочной щетки»
Прорыв заключается в адаптации конструкции «складной бутылочной щетки», вдохновленной структурой упругой резины. Эта архитектура включает в себя длинные, гибкие боковые цепи, расходящиеся от центрального хребта, позволяя материалу хранить длину внутри, как гармошка. При растяжении эти цепи разворачиваются, обеспечивая исключительную эластичность без ущерба для прочности.
Как это работает: растяжение на молекулярном уровне
Исследователи под руководством Лихэна Цая, доцента кафедры материаловедения и инженерии Университета Вирджинии, применили эту концепцию к ПЭГ. Воздействуя на прекурсорную смесь ультрафиолетовым светом, они инициировали полимеризацию, формируя сеть архитектуры «бутылочной щетки». Полученный материал обладает высокой растяжимостью, поддается 3D-печати и сохраняет свою целостность при деформации.
Биосовместимость и медицинские применения
Новый материал демонстрирует отличную биосовместимость. Культуры клеток, помещенные рядом с полимером, не показали никаких неблагоприятных эффектов, что подтверждает его пригодность для внутренних медицинских применений, таких как каркасы для органов или системы контролируемого высвобождения лекарств. Эта совместимость имеет решающее значение для снижения иммунного отторжения и обеспечения долгосрочной безопасности имплантатов.
Потенциал для хранения энергии
Помимо биомедицинских применений, полимер обладает многообещающими свойствами для передовых технологий аккумуляторов. По сравнению с существующими твердотельными полимерными электролитами, новый материал демонстрирует превосходную электропроводность и растяжимость при комнатной температуре. Эта комбинация может привести к более эффективным, гибким и долговечным аккумуляторам.
Дальнейшие исследования и разработки
Исследователи изучают возможность сочетания полимера с другими материалами для создания 3D-печатных композитов с индивидуальным химическим составом. Это открывает возможности для создания индивидуальных имплантатов, гибких датчиков или высокопроизводительных устройств хранения энергии. Команда продолжает изучать возможности расширения исследований в области твердотельных аккумуляторных технологий.
Этот прорыв решает критическую потребность в биосовместимых, растяжимых материалах, прокладывая путь к более безопасным и эффективным медицинским технологиям и передовым решениям для хранения энергии.
