חוקרים בבית הספר להנדסה מולקולרית של פריצקר באוניברסיטת שיקגו פיתחו הידרוגל עם יכולות המוליכים למחצה הדרושות להעברת מידע בין רקמות חיות למכונות. זה יכול לשמש הן למכשירים רפואיים הניתנים להשתלה והן ליישומים שאינם כירורגיים. מקור תמונה: בית הספר להנדסה מולקולרית של פריצקר באוניברסיטת שיקגו
החומר האידיאלי לחיבור רכיבים אלקטרוניים ורקמות חיים צריך להיות רך, נמתח והידרופילי, בדומה להידרוגלים. חומרי מוליכים למחצה הם בדרך כלל קשים, שבירים ולא הידרופיליים, ואינם יכולים להתמוסס במים כמו הידרוגלים. אם משתמשים במוליכים למחצה במכשירים ביו -אלקטרוניים כמו קוצבי לב, חיישנים ביולוגיים ומכשירי מסירת תרופות, חסרונות אלה מהווים מכשול עצום.
החומר החדש מציג מודולוס ברמת הרקמות של עד 81 kPa, יכולת מתיחה של עד 150%, וניידות נשא של עד 1.4 סנטימטרים רבועים/שניות וולט. זה מראה כי חומר זה, בעל תכונות מוליכים למחצה וגם תכונות הידרוג'ל, עומד בכל הדרישות לממשק ביו -אלקטרוני אידיאלי.
מכיוון שמכשירים ביו -אלקטרוניים הניתנים להשתלה נמצאים במגע ישיר עם רקמות, הם צריכים להיות מסוגלים לעוות עם הרקמות ליצירת ממשק ביולוגי קומפקטי ביותר.
השיטה המסורתית להכנת הידרוגלים היא להמיס חומר במים ואז להוסיף אותו כדי להפוך את הפיתרון למצב ג'ל. עם זאת, חומרים מוליכים למחצה בדרך כלל אינם מסיסים במים. לשם כך, הצוות פיתח תהליך חילופי ממסים. במקום להמיס את המוליכים למחצה במים, הוא מומס בממס אורגני שאינו יכול להיות בלתי אפשרי במים. לאחר מכן, הם משתמשים במוליך למחצה המומס ובמבשר ההידרוג'ל כדי להכין אותו.
המוצר הראשוני הוא ג'ל אורגני. לאחר מכן הצוות משרים את כל מערכת החומרים במים כדי להמיס את הממס האורגני ולאפשר למים לחדור אליו. ניתן להשתמש בחומר המתקבל באופן נרחב במגוון מוליכים למחצה פולימרים עם פונקציות שונות.
ראוי לציין כי בהשוואה להידרוגלים מסורתיים, חומר חדש זה לא רק משפר את הפונקציות הביולוגיות, אלא גם מדגים את היכולת לעלות על הידרוגלים פשוטים או חומרים מוליכים למחצה בהיבטים רבים, ומשיג השפעות מקיפות טובות יותר.
מחקר זה יפתור כיום בעיקר את האתגרים העומדים בפני מכשירים רפואיים הניתנים להשתלה כמו חיישנים ביוכימיים וקוצבנים, אך יש לו גם יישומים רבים שאינם פולשניים, כמו קריאה מדויקת יותר של נתוני העור ושיפור הטיפול בפצעים. לחומר תכונות מכניות רכות במיוחד ותכולת מים גבוהה, הדומים לרקמות חיות. יחד עם זאת, זה גם נקבובי, מה שאומר שניתן להעביר חומרים מזינים וכימיקלים שונים. כאשר כל המאפיינים הללו משולבים, ההידרוג'ל החדש יהפוך לאחד החומרים השימושיים ביותר בהנדסת רקמות ובמסירת תרופות.
מחקר זה יתמקד כיום בפתרון האתגרים העומדים בפני מכשירים רפואיים הניתנים להשתלה כמו חיישנים ביוכימיים וקוצבנים, אך יש לו גם יישומים פוטנציאליים שאינם פולשניים, כמו קריאה מדויקת יותר של נתוני העור ושיפור הטיפול בפצעים. לחומר תכונות מכניות רכות במיוחד ותכולת מים גבוהה, הדומים לרקמות חיות. יחד עם זאת, זה גם נקבובי, מה שאומר שניתן להעביר חומרים מזינים וכימיקלים שונים. כאשר כל המאפיינים הללו משולבים, ההידרוג'ל החדש יהפוך לאחד החומרים השימושיים ביותר בהנדסת רקמות ובמסירת תרופות.