ריפוי עצמיות 'סוללות ג'לי' יכולות לחולל מהפכה בשתלים רפואיים

קיימברידג ', אנגליה -הדור הבא של המכשירים הרפואיים לא יתקשר רק עם גוף האדם, הם ינועו ויגמישו איתו. חוקרי אוניברסיטת קיימברידג 'יצרו "סוללות ג'לי" מדהימות שנמתחות, מבצעות חשמל ואף לרפא את עצמן, מה שעשוי לחולל מהפכה בכל דבר, החל משתלים מוחיים ועד מסכי בריאות לבישים.

בניגוד לאלקטרוניקה מסורתית, הנשענת על רכיבי מתכת ונפלים קשיחים, חומרים חדשים אלה הם בעיקר על בסיס מים ויכולים למתוח עד פי 15 באורך המקורי מבלי לאבד את יכולתם לבצע חשמל. הפריצה, שפורסמה בהתקדמות מדעית, מתגבר על אתגר מהותי במדע החומרים.

"קשה לתכנן חומר שהוא מאוד נמתח ומוליך מאוד מכיוון ששני הנכסים הללו בדרך כלל מסוכסכים זה עם זה", מסביר הסופר הראשי סטיבן אוניל מהמחלקה לכימיה של יוסף חמיה של קיימברידג ', בהצהרה. "בדרך כלל, המוליכות פוחתת כאשר נמתח חומר."

צוות מחקר מאוניברסיטת קיימברידג 'פתר את האתגר הזה על ידי יצירת מיוחדהידרוגלים, שהם חומרים המורכבים משֶׁלפולימריםמכיל מעל 60% מים. הידרוגלים אלה משתמשים באותו עיקרון כמו גופנו שלנו לניהול חשמל, הנשיאת מטענים באמצעות יונים ולא אלקטרונים כמו אלקטרוניקה מסורתית.

"בדרך כלל,הם עשויים מפולימרים שיש להם מטען נייטרלי, אך אם נחייב אותם, הם יכולים להיות מוליכים ", אומר המחבר המשותף ד"ר ג'ייד מקון. "ועל ידי שינוי רכיב המלח של כל ג'ל, אנו יכולים להפוך אותם לדביקים ולסקור אותם יחד בשכבות מרובות, כך שנוכל לבנות פוטנציאל אנרגיה גדול יותר."

הסוד לתכונות המדהימות של החומרים הללו טמון בהםו החוקרים פיתחו מערכת באמצעות מולקולות מיוחדות בצורת חבית המכונהCucurbiturilsהפועלים כמו אזיקים מולקולריים כדי לקשור שכבות שונות של החומר יחד. קשרים אלה יכולים שוב ושוב לשבור ולרפורמה, ולאפשר לחומר למתוח, לדחוס ואפילו לרפא את עצמו כשנפגע.

זֶהמרשים במיוחד. כאשר החומר נחתך, הוא יכול לתקן את עצמו תוך דקות. הבדיקות הראו כי לאחר שעתיים בלבד של זמן ריפוי, החומר משחזר 90% מיכולת המתיחה המקורית שלו. הצוות הדגים זאת על ידי חיתוך דגימות לשניים וצפייה בהן מתמזגים יחד, מעקב אחר תהליך הריפוי באמצעות צבעי פלורסנט תחת מיקרוסקופ.

לוקח השראה מאשר הדהים את טרףם באמצעות תאים מיוחדים שנקראיםאלקטרוציטיםהחוקרים יצרו אב -טיפוס עובד של מקור כוח רך ונתיב. על ידי ערמת סוגים שונים של הג'לים המוליכים שלהם יחד בשכבות, הם בנו מכשיר המייצר חשמל באמצעות שיפועי ריכוז יונים, בדומה לאופן בו צלופחים חשמליים מייצרים את ההלם שלהם.

המכשיר מייצר בערך 115-125"(בערך עשירית מהמתח של סוללת AA), ועל ידי חיבור שני תאים בסדרה, הם יכלו להכפיל את זה לסביבות 248 מיליוולט. והכי חשוב, היא שומרת על ביצועים יציבים גם כאשר נמתחים עד 50%, וזה בערך זההיכול להימתח. ניסיונות קודמים במכשירים דומים ייכשלו במתיחה של 10% בלבד.

"אנו יכולים להתאים אישית את המאפיינים המכניים של ההידרוגלים כך שהם יתאימו"מסביר פרופסור שרמן. "מכיוון שהם אינם מכילים רכיבים נוקשים כמו מתכת, ישתל הידרוג'ל יהיה הרבה פחות נדחה על ידי הגוף או יגרום להצטברות רקמת צלקת."

מעבר ליישומים רפואיים, חומרים אלה יכולים לחולל מהפכה רכה, מכונות שנועדו לקיים אינטראקציה בבטחה עם בני אדם או לטפל בחפצים עדינים. השילוב של גמישות, מוליכות ועמידות יכול לאפשר לרובוטים שנעים באופן טבעי יותר ולהסתגל טוב יותר לסביבתם.

החומרים גמישים להפליא גם בדרכים אחרות. הם יכולים להיות דחוסים ביותר מ- 90% מבלי לאבד לצמיתות את צורתם, והם מקפצים אחורה תוך 30 שניות, אם כי חלק מהווריאציות מראות עיכובים קלים בהחלמה מלאה. רמת עמידות זו, בשילוב עם תכונות הריפוי העצמי שלהם, מציעה שהם יכולים להימשך זמן רב יותר מאשר מסורתיביישומים רבים.

המצאה זו היא צעד משמעותי קדימה ביצירת אלקטרוניקה המותאמת לבני אדם במקום לאלץ את בני האדם להסתגל לאלקטרוניקה. ככל שהבדיקה נמשכת, הם יכולים לשנות באופן בסיסי את הגישה שלנו לכל דברלמכשירים לבישים.