Новий тип полімеру для 3D-друку, розроблений дослідниками з Університету Вірджинії, є значним прогресом у галузі біосумісних матеріалів із потенційним застосуванням від безпечнішої трансплантації органів до більш ефективних батарей. Унікальна еластичність і біосумісність матеріалу усувають критичні обмеження існуючих полімерів, які використовуються в біомедичних і енергетичних технологіях.
Проблема з існуючими полімерами
Поліетиленгліколь (PEG), широко використовуваний матеріал у тканинній інженерії та доставці ліків, стає крихким під час формування мереж. Традиційні PEG-мережі, створені шляхом зшивання у воді з подальшим висушуванням, кристалізуються, втрачаючи свою еластичність і структурну цілісність. Ця жорсткість обмежує їх використання у великих гнучких структурах, таких як синтетичні органи або динамічні медичні імплантати.
Дизайн “Складна щітка для пляшок”.
Прорив полягає в адаптації дизайну «складної щітки для пляшок», натхненного структурою еластичної гуми. Ця архітектура включає довгі, гнучкі бічні ланцюги, що виходять радіально від центральної хребта, що дозволяє матеріалу зберігати довжину всередині, як гармошка. При розтягуванні ці ланцюжки розгортаються, забезпечуючи виняткову еластичність без шкоди для міцності.
Як це працює: розтягування на молекулярному рівні
Дослідники під керівництвом Ліхен Цая, доцента кафедри матеріалознавства та інженерії в Університеті Вірджинії, застосували цю концепцію до PEG. Піддаючи суміш прекурсорів ультрафіолетовому світлу, вони ініціювали полімеризацію, утворюючи мережу архітектури «пляшкової щітки». Отриманий матеріал відрізняється високою розтяжністю, піддається 3D-друку і зберігає цілісність при деформації.
Біосумісність і медичне застосування
Новий матеріал демонструє відмінну біосумісність. Культури клітин, розміщені поруч із полімером, не виявили жодних негативних ефектів, що підтверджує його придатність для внутрішніх медичних застосувань, таких як каркаси органів або системи контрольованого вивільнення ліків. Ця сумісність має вирішальне значення для зменшення імунного відторгнення та забезпечення тривалої безпеки імплантату.
Потенціал зберігання енергії
Крім біомедичних застосувань, полімер має багатообіцяючі властивості для передових батарейних технологій. У порівнянні з існуючими твердотільними полімерними електролітами, новий матеріал демонструє чудову електропровідність і розтяжність при кімнатній температурі. Ця комбінація може призвести до більш ефективних, гнучких і довговічних батарей.
Подальші дослідження та розробки
Дослідники вивчають можливість комбінування полімеру з іншими матеріалами для створення 3D-друкованих композитів із індивідуальним хімічним складом. Це відкриває можливість створювати індивідуальні імплантати, гнучкі датчики або високоефективні накопичувачі енергії. Команда продовжує вивчати можливості для розширення досліджень технології твердотільних батарей.
Цей прорив відповідає критичній потребі в біосумісних, еластичних матеріалах, прокладаючи шлях для безпечніших і ефективніших медичних технологій і передових рішень для зберігання енергії.
